НЕСФ 2016, 11–12 клас — Задача 3. Оптика

Национално есенно състезание по физика, 25-27 ноември 2016 година — Тема за възрастова група 11-12. клас · 25 ноември 2016 г. · 10 т.

Условие

Част 1

Крушка с мощност P1P_1 свети с нажежаема жичка, която представлява цилиндър с дължина L1L_1 и радиус r1r_1. Трябва да се изработи нова крушка с цилиндрична жичка от същия материал, която има същото работно напрежение, излъчва светлина с идентично спектрално разпределение, но има мощност nP1nP_1.

а) Какви са дължината L2L_2 и радиусът r2r_2 на новата жичка? [4 т.]

Упътване: Приемете, че температурата е равномерно разпределена по обема на жичката и че жичката не излъчва от двата си края (сеченията).

Част 2

Слънчевата константа kk характеризира количеството слънчева радиация, което попада на перпендикулярна на слънчевите лъчи повърхност с площ 1 m21\ \mathrm{m^2} за време 1 секунда на разстояние 1 AU (средното разстояние между Земята и Слънцето). Стойността ѝ е приблизително k=1300 W/m2k = 1300\ \mathrm{W/m^2}. Намерете:

б) с каква мощност PP излъчва Слънцето? [2 т.]

в) каква част от Слънчевата маса, ΔM/M⊙\Delta M / M_\odot, се превръща в радиация, като приемете, че Слънцето свети T⊙≈109T_\odot \approx 10^9 години и има маса M⊙≈2×1030 kgM_\odot \approx 2\times 10^{30}\ \mathrm{kg}? [2 т.]

Звездната величина е астрономическа мярка за яркостта на небесните обекти. Слънцето има звездна величина m⊙≈−27m_\odot \approx -27, а обекти със звездна величина 6 се считат за невидими за невъоръжено човешко око. Звездната величина се пресмята по следната формула

m1−m2=−2.5log⁡10(I1I2),m_1 - m_2 = -2.5\log_{10}\left(\frac{I_1}{I_2}\right),

където I1I_1 и I2I_2 са интензитетите в две различни точки от пространството (мерени във W/m2\mathrm{W/m^2}), а m1m_1 и m2m_2 са съответните звездни величини.

г) Намерете на какво разстояние в единици AU трябва да се отдалечим от Слънцето, за да не го виждаме? [2 т.]

Упътване: 1 AU = 1.5 10810^8 km. Приемете, че Земната атмосфера не поглъща светлина. Скоростта на светлината във вакуум е c=3×108 m/sc = 3\times 10^8\ \mathrm{m/s}.

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2016_11-12problems.pdf · официални решения: esenni_2016_11-12solutions.pdf · допълнителни данни: 11-12.pdf