ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 102.1: Солнце

План решения:

Задача состоит из двух частей: практической (наблюдение за Солнцем) и теоретической (расчёт освещённости). Для наблюдения необходимо использовать метод проекции изображения с телескопа на белый экран, так как прямое наблюдение опасно для зрения. Мы будем фиксировать положение солнечных пятен в разные дни, чтобы определить период вращения Солнца и изменение количества пятен. Для расчёта освещённости E поверхности Земли нам понадобятся известные физические константы: светимость Солнца L или средняя освещённость на верхней границе атмосферы, а также закон обратных квадратов расстояний.

Вычисление и анализ наблюдений:

1. Наблюдение пятен: При проецировании изображения Солнца на экран видны тёмные области — солнечные пятна. Если зарисовать их расположение сегодня и повторить через несколько дней, можно заметить смещение пятен относительно центра диска. Это смещение вызвано вращением Солнца вокруг своей оси. Период вращения экваториальных областей составляет около 25 суток. Количество пятен непостоянно: оно меняется в течение цикла активности (около 11 лет), поэтому подсчёт полного числа пятен в разные годы даст разные результаты.

2. Расчёт освещённости: Освещённость E, создаваемая точечным источником света на расстоянии r, определяется формулой:

где I — сила света источника. Однако Солнце не является точечным источником в привычном смысле, но для Земли его угловые размеры малы, поэтому можно использовать среднюю освещённость на верхней границе атмосферы Земли (солнечная постоянная по освещённости). Известно, что средняя освещённость от Солнца на Земле при ясном небе и Солнце в зените составляет примерно 10⁵ лк (люкс).

Если требуется вывести это значение из фундаментальных величин, используем светимость Солнца L≈3,8·10²⁶ Вт и расстояние до Земли r≈1,5·10¹¹ м. Световой поток Φ_v связан со светимостью через световую отдачу, но проще воспользоваться табличным значением средней яркости или силы света. Сила света Солнца I_S≈2,8·10²⁷ кд. Тогда:

Учитывая поглощение в атмосфере, реальная освещённость у поверхности может быть немного ниже, но порядок величины сохраняется.

Проверка результата:

Полученное значение E≈10⁵ лк согласуется с бытовыми представлениями о ярком дневном свете. Наблюдения за пятнами подтверждают факт вращения Солнца и цикличности солнечной активности. Метод проекции безопасен и позволяет точно фиксировать координаты пятен для последующего анализа их движения.