Если налить воду в центр шайбы так, чтобы объем воды немного превышал объем выреза в шайбе, то вода будет выступать над верхней поверхностью шайбы, образуя «шапочку» (см. рис. 1).
Такая водяная конструкция может работать как плосковыпуклая линза. Фокусное расстояние такой линзы может быть рассчитано по формуле: \begin{equation} F=\frac{R}{n-1}, \end{equation} где $R$ — радиус кривизны поверхности линзы; $n=1.33$ — показатель преломления воды.
Можно предположить, что вода в «шапочке» принимает форму шарового сегмента. Объем шарового сегмента $v$ равен: \begin{equation} v=\pi h^2 \left(r-\frac{h}{3} \right), \end{equation} где $r$ — радиус сегмента сферы, $h$ — высота сегмента (см. рис. 2).
Намажьте наиболее ровную часть шайбы вазелином. Прижмите шайбу к предметному стеклу так, чтобы вазелин не выступал во внутреннюю область шайбы и не ухудшал видимость через отверстие шайбы. Расположите предметное стекло горизонтально шайбой вверх и налейте небольшое количество воды внутрь шайбы с помощью шприца с иглой. Вазелин должен препятствовать вытеканию воды из шайбы. Если шайба протекает или вазелин попал внутрь шайбы, сотрите вазелин с предметного стекла и шайбы и повторите опыт.
Соберите установку, представленную на рисунке 3. Фонарик используйте в наиболее ярком режиме работы. Расстояние $b$ сделайте максимально возможным.
Если поднести экран (линейку) в область под шайбой, то можно заметить, что возникает два резких изображения в разных точках. Вид получаемых изображений показан на рисунке 4. Пронаблюдайте этот эффект.
A1
5.60
Измерьте зависимость расстояния $a$ до каждого из изображений от объема воды $V$, налитого в середину шайбы, при постоянном $b$. Объем воды можно определить, используя помещенное внутрь шайбы число капель. Измерения расстояний $a$ проводите только в той области, где линза является собирающей. Изображения лучше всего видны на белой бумаге.