НПСФ 2022, 11. клас — Задача 1. Стробоскопичен ефект и „Великата илюзия” – киното
Пролетно национално състезание по физика 2022, тема за 11 клас (пета състезателна група) · 10 т.
Условие
Добре известно е, че нашето око притежава известна „инертност”. Ако светлинен източник излъчва енергия с променлив интензитет и с достатъчно висока честота, то окото ще възприема светлината като непрекъсната, а не „мигаща” или променлива. Стробоскопичният ефект е използван в зората на киноизкуството. На отделни кадри са фотографирани близки положения на движещ се обект. Кадрите се движат бързо един след друг и в зрителите остава усещането, че движението е непрекъснато.
В склад на киностудио е намерена част от стара лента на неизлъчван филм. За да се прожектира филма кинолентата е пусната в киномашина, която проектира 24 кадъра в секунда, т.е. времето между два кадъра е 1/24 s. На екрана се прожектират гумите на автомобил, движещ се по хоризонтален участък. Гумите са с радиус m и имат спици (вж Фиг. 1). Ъглите между съседните спици са равни. Автомобилът се движи отляво надясно. Като приемете, че гумите се въртят без приплъзване определете:

А) Центърът т. на едно от колелата се движи постъпателно със скорост (всички колела се движат по един и същ начин). Намерете скоростите , , и съответно на точките A, B, C и D (Фиг. 2).

[1 т.]
Б) С какви скорости може да се движи автомобилът, така че колелата да изглеждат върху екрана сякаш не се въртят? Когато е сниман филма автомобилите са развивали скорост до около 100 km/h. [5 т.]
В) При какви условия ще изглежда върху екрана, че колелата се въртят в посока, обратна на часовниковата стрелка (в посока обратна на истинското им движение)? [4 т.]
Решение
А) ; ; . (1 т)

Б) Ъгълът между съседните спици е:
Колелото ще изглежда неподвижно за зрителя, ако за времето между два съседни кадъра ( s) колелото се завърти на ъгъл , където е цяло положително число () (1 т).
От друга страна ъгълът на завъртане на колелото е равен на (1 т). Следователно скоростта на автомобила е:
Следователно:
| При : | m/s km/h |
| При : | m/s km/h |
| При : | m/s km/h |
(1 т)
При няма смисъл да се разглеждат понеже надхвърлят скоростта на автомобилите, която са можели да достигнат по време на снимането на филма.
В) Колелото ще изглежда, че се върти в обратна посока, ако за време колелото се завърти на ъгъл , за който е изпълнено:
Това означава, че:
или
или
| При : | |
| При : | |
| При : |
(1 т)
Оригинал в Архива: proletni_2022_11problems.pdf · официални решения: proletni_2022_11solutions.pdf