Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5688
2017-12-15 
Уголковый отражатель представляет собой устройство в виде тетраэдра с тремя взаимно перпендикулярными отражающими внутренними поверхностями (см. рисунок). Группы таких отражателей размещают на устройствах, которые должны эффективно отражать падающий на них свет (такие отражатели используют, например, в локационных целях, на спасательных средствах, знаках дорожного движения и др.). Рассмотрите отражение произвольного луча света таким отражателем и объясните, каков принцип его работы. Блок уголковых отражателей был установлен на советском автоматическом аппарате Луноход-1, работавшем на Луне (см. фото). Как Вы думаете, зачем?
Решение:
Можно ли изготовить такой отражатель, который отражал бы падающий луч точно назад, независимо от того, как он падает на этот отражатель? А потребность в таких отражателях существует - при локации тех или иных объектов падающие лучи отражаются во все стороны, что крайне снижает радиус локации. На дорогах такие отражатели позволят сделать видимым знаки дорожного движения для водителей за счет света собственных фар автомобиля. Если обязать установить такие отражатели на автомобили, они сделали бы бесполезными антирадары, поскольку могли бы выполнять функции эффективных отражателей лучей. Очевидно, что зеркало с плоской поверхностью таким свойством не обладает - луч, падающий на зеркало не перпендикулярно его плоскости, будет отражаться не в направлении падения.
Давайте рассмотрим зеркало, состоящее из двух плоских зеркал, перпендикулярных друг другу. Рассмотрим произвольный луч, лежащий в плоскости, перпендикулярной обоим зеркалам (см. рисунок). Пусть угол между этим лучом и зеркалом равен $\alpha$. Тогда угол между отраженным лучом и этим зеркалом также равен $\alpha$, а луч после отражения повернул на угол $2 \alpha$ по отношению к направлению своего первоначального распространения.
Геометрически очевидно, что угол между лучом и вторым зеркалом равен $90^{ \circ} - \alpha$, и луч поворачивает при отражении на угол $2(90^{ \circ} - \alpha )$. Таким образом, по отношению к направлению первоначального распространения луч поворачивает на угол
$2 \alpha + 2 (90^{ \circ} - \alpha ) = 180^{ \circ}$,
т. е. луч независимо от угла его падения после отражения от двух зеркал распространяется точно в обратном направлении.
Это же утверждение будет иметь место и в общем случае. Для его доказательства заметим, что для проекции падающего и отраженного луча на любую плоскость также будет справедливо утверждение - угол падения равен углу отражения. Поэтому падающий и отраженный лучи можно спроецировать на плоскости, параллельные граням отражателя, для проекций справедливо рассмотренное выше доказательство, откуда и следует сделанное утверждение.
Таким образом, блок из трех взаимно перпендикулярных зеркал отражает любой луч точно назад и называется уголковым отражателем.
Уголковые отражатели широко используются в знаках дорожного движения. При езде на машине по ночной неосвещенной дороге можно увидеть следующую удивительную картину. Ограждение дороги на мостах маркируется отражателями - справа (на своей полосе) красными, слева (на встречной) - желтыми. Так вот, при проезде моста все эти отражатели видно в течение всего проезда. Как такое возможно, ведь другого света, кроме света фар вашей машины нет? Это происходит благодаря уголковым отражателям, из которых состоят отражающие элементы и которые отражают свет фар автомобиля в направлении автомобиля (и, значит и водителя) независимо от угла падения луча. Поэтому и видим мы свет своих фар, отраженный от этих элементов, в течение всего времени проезда по мосту. Изготавливают отражатели для знаков дорожного движения из металлической фольги, «выдавливая» в ней много небольших треугольных «ямок», которые играют роль уголковых отражателей.
На Луноходе блок уголковых отражателей размещался с целью точного определения расстояния от Земли до Луны и его сравнения с расстояниями, измеренными другими методами. Лазерный луч (имеющий малую расходимость) направлялся на отражатель и в той же точке на Земле регистрировался отраженный луч. По времени задержки можно было с высокой точностью определить расстояние от точки, из которой направлялся луч, до Лунохода.
Была и еще одна цель размещения отражателей на Луноходе -политическая. После американских экспедиций на Луну возник и активно муссировался в прессе слух, что на Луне американские астронавты якобы не были, а показанные по телевидению кадры высадки на Луну сняты на Земле. Так вот размещение уголкового отражателя на Луноходе позволяло любому заинтересованному человеку на Земле (обладающему минимальным набором лабораторного оборудования) проверить факт нахождения отражателя на Луне.
Уголковый отражатель представляет собой устройство в виде тетраэдра с тремя взаимно перпендикулярными отражающими внутренними поверхностями (см. рисунок). Группы таких отражателей размещают на устройствах, которые должны эффективно отражать падающий на них свет (такие отражатели используют, например, в локационных целях, на спасательных средствах, знаках дорожного движения и др.). Рассмотрите отражение произвольного луча света таким отражателем и объясните, каков принцип его работы. Блок уголковых отражателей был установлен на советском автоматическом аппарате Луноход-1, работавшем на Луне (см. фото). Как Вы думаете, зачем?
Решение:
Можно ли изготовить такой отражатель, который отражал бы падающий луч точно назад, независимо от того, как он падает на этот отражатель? А потребность в таких отражателях существует - при локации тех или иных объектов падающие лучи отражаются во все стороны, что крайне снижает радиус локации. На дорогах такие отражатели позволят сделать видимым знаки дорожного движения для водителей за счет света собственных фар автомобиля. Если обязать установить такие отражатели на автомобили, они сделали бы бесполезными антирадары, поскольку могли бы выполнять функции эффективных отражателей лучей. Очевидно, что зеркало с плоской поверхностью таким свойством не обладает - луч, падающий на зеркало не перпендикулярно его плоскости, будет отражаться не в направлении падения.
Давайте рассмотрим зеркало, состоящее из двух плоских зеркал, перпендикулярных друг другу. Рассмотрим произвольный луч, лежащий в плоскости, перпендикулярной обоим зеркалам (см. рисунок). Пусть угол между этим лучом и зеркалом равен $\alpha$. Тогда угол между отраженным лучом и этим зеркалом также равен $\alpha$, а луч после отражения повернул на угол $2 \alpha$ по отношению к направлению своего первоначального распространения.
Геометрически очевидно, что угол между лучом и вторым зеркалом равен $90^{ \circ} - \alpha$, и луч поворачивает при отражении на угол $2(90^{ \circ} - \alpha )$. Таким образом, по отношению к направлению первоначального распространения луч поворачивает на угол
$2 \alpha + 2 (90^{ \circ} - \alpha ) = 180^{ \circ}$,
т. е. луч независимо от угла его падения после отражения от двух зеркал распространяется точно в обратном направлении.
Это же утверждение будет иметь место и в общем случае. Для его доказательства заметим, что для проекции падающего и отраженного луча на любую плоскость также будет справедливо утверждение - угол падения равен углу отражения. Поэтому падающий и отраженный лучи можно спроецировать на плоскости, параллельные граням отражателя, для проекций справедливо рассмотренное выше доказательство, откуда и следует сделанное утверждение.
Таким образом, блок из трех взаимно перпендикулярных зеркал отражает любой луч точно назад и называется уголковым отражателем.
Уголковые отражатели широко используются в знаках дорожного движения. При езде на машине по ночной неосвещенной дороге можно увидеть следующую удивительную картину. Ограждение дороги на мостах маркируется отражателями - справа (на своей полосе) красными, слева (на встречной) - желтыми. Так вот, при проезде моста все эти отражатели видно в течение всего проезда. Как такое возможно, ведь другого света, кроме света фар вашей машины нет? Это происходит благодаря уголковым отражателям, из которых состоят отражающие элементы и которые отражают свет фар автомобиля в направлении автомобиля (и, значит и водителя) независимо от угла падения луча. Поэтому и видим мы свет своих фар, отраженный от этих элементов, в течение всего времени проезда по мосту. Изготавливают отражатели для знаков дорожного движения из металлической фольги, «выдавливая» в ней много небольших треугольных «ямок», которые играют роль уголковых отражателей.
На Луноходе блок уголковых отражателей размещался с целью точного определения расстояния от Земли до Луны и его сравнения с расстояниями, измеренными другими методами. Лазерный луч (имеющий малую расходимость) направлялся на отражатель и в той же точке на Земле регистрировался отраженный луч. По времени задержки можно было с высокой точностью определить расстояние от точки, из которой направлялся луч, до Лунохода.
Была и еще одна цель размещения отражателей на Луноходе -политическая. После американских экспедиций на Луну возник и активно муссировался в прессе слух, что на Луне американские астронавты якобы не были, а показанные по телевидению кадры высадки на Луну сняты на Земле. Так вот размещение уголкового отражателя на Луноходе позволяло любому заинтересованному человеку на Земле (обладающему минимальным набором лабораторного оборудования) проверить факт нахождения отражателя на Луне.
