Проект по созданию калейдоскопа

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 «Ягуновская средняя общеобразовательная школа»

Кемеровского муниципального района

«Мы –дети ХХI века»

проект

«Коллекция ускользающих узоров»

Выполнила: Бойкова Д., ученица 5 класса

Руководитель: Бойкова С.В.

Ягуново, 2015

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

Глава 1. Калейдоскоп – игрушка или прибор?

1.1.          История калейдоскопа………………………………………………….4

1.2.          Принцип действия калейдоскопа………………………………………6

1.3.          Интересные факты………………………………………………………7

Глава 2. Результаты проекта………………………………………………….8

Заключение……………………………………………………………………..9

Источники …………………………………………………………………….10

Приложение……………………………………………………………………11

Введение

       У каждого в детстве была замечательная игрушка – калейдоскоп. Переливающиеся узоры завораживают, можно было часами сидеть и рассматривать их. Но наступал момент, когда очень хотелось узнать – а как они образуются? Разбираешь игрушку и ….полное разочарование. Не ясно, не понятно,  не интересно…

    Мне стало очень интересно, как устроен калейдоскоп, и могу ли я сделать его сама.

 Целью моего проекта явилось создание калейдоскопа.

Задачи проекта:

1.     Обзор литературы по теме.

2.     Создание опытных экземпляров калейдоскопов из разных материалов.

Лишь сделаю рукой движенье —
И новое в глазах явленье!

Глава 1. Калейдоскоп игрушка или прибор?

1.1.      История калейдоскопа

          Калейдоскоп был изобретен в 1817 году шотландским физиком Давидом Брюстером (1781-1868) и в начале своего существования не считался игрушкой.

          Калейдоскопом сразу увлеклась вся Западная Европа. Быстро о нем узнали и в России. А когда его превратили в игрушку для детей, взрослые как-то к нему охладели. Детей же больше интересовали не красивые узоры, а вопрос: «Что там внутри?» И обычно, чтобы удовлетворить свое любопытство, калейдоскоп вскрывали, разбирали и разочарованные неприглядными осколками выбрасывали их…

   На международной выставке в Париже в 1900 году Российской империей был выстроен павильон, получивший название «Дворец миражей». Небольшой зал состоял из шести зеркальных стен, в  местах соединения которых размещались на вращающихся подставках тропические растения, колонна восточного храма или фрагмент колоннады знаменитой «Альгамбры» из Испании. По мере поворота подставок посетитель ощущал себя внутри храма или восточного дворца, а то и в тропическом лесу. Зеркальный зал становился огромным и наполнялся толпой, так как посетитель и фрагменты убранства отражались в стенах более 450 раз.

 На протяжении 2-х недель в мае 2005 года посетители парка «Максимилиан» города  Хамм
в Германии  могли в буквальном смысле заглянуть в трубу.
20 огромных калейдоскопов с разноцветными внутренними емкостями и различными принципами функционирования позволили посетителям окунуться в причудливый мир фантазии. Калейдоскопы разработал боннский промышленный дизайнер Р. Рау. (рис.1.)

Каждая картинка в калейдоскопе, в своем роде неповторимая и мимолетная, завораживала и детей и взрослых. Уже один только легкий поворот габаритной трубы длиной до 2 м разрушал видимую картинку навсегда – и тут же создавал совершенно новую и неповторимую.          

 Оригинальный вариант калейдоскопа был внедрен инженером-изобретателем К. Петкунасом на ковровой фабрике. В нем узоры могли создаваться не только прозрачными цветными кусочками стекла, но и мелкими камешками, цепочками, кольцами и т. п. Для этого конец трубки был сделан из прозрачного органического стекла, а ее торец закрыт непрозрачным кружком. Мелкие предметы для создания узоров теперь освещались только боковым светом и хорошо отражались зеркалами трехгранной призмы. Узоры получались еще разнообразнее и оригинальнее

Рис. 1 Калейдоскоп Р.Рау.

 На всемирной  выставке  «Экспо -2005»  был представлен публике грандиозный оптический аттракцион: самый большой из когда-либо  сделанных   калейдоскопов был построен в виде огромной башни высотой 47 метров. (рис.2). 

Рис. 2 Калейдоскоп на Экспо-2005.

Зрители могли из вестибюля диаметром больше 40 метров  наблюдать впечатляющие узоры на круглом потолке. По периметру башни были выставлены вкруговую  три огромные   зеркальные  панели.  Проникающие   через окна башни солнечные  лучи    падали  на вращающиеся  большие  колеса из цветного стекла  и  создавали  постоянно обновляющиеся многоцветные картины.

1.2.      Принцип действия калейдоскопа

 Калейдоскоп в толковом словаре Даля назван «узорником». А далее описывается его устройство:  «это трубка с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются  узорочною звездою, переменною,  при всяком движении или обороте трубки».

 Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит   принцип отражения  света от  плоских зеркал, образующих  между собой угол.

Изображение в плоском зеркале мнимое ("за зеркалом"), прямое (неперевернутое), в натуральную величину и расположено симметрично источнику относительно плоскости зеркала.

Рис.3  Принцип отражения плоского зеркала.

  Рис.4. Угол падения равен углу отражения.

       Большинство зеркал изготавливается из очень гладкого стекла, покрытого с обратной стороны
тонким слоем хорошо отражающего металла, поэтому практически весь падающий на зеркало свет отражается в одном направлении. Любые другие гладкие поверхности (полированные, лакированные, спокойная водная поверхность) тоже могут дать  зеркальное отражение.
Если гладкая поверхность еще и прозрачная, то лишь небольшая часть света отразится, и изображение не будет столь ярким.

      Внутри калейдоскоп может стоять  от  2-3-х  зеркал  до 4-х  или более. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений одного предмета:  при углах между зеркалами в  45° — 8 изображений, при  60° — 6 изображений,   при 90° — 4 изображения.

    В качестве наполнителя используются бусинки, стеклышки, кусочки бумаги, перышки и т.д.. Узоры в калейдоскопе  практически никогда не повторяются. Как сказано в  известной книге  Я.И. Перельмана, если у вас есть калейдоскоп с 20 стеклышками,  и вы будете поворачивать его 10 раз в минуту, то  вам понадобится 500 000 миллионов лет,
чтобы просмотреть все  узоры.

     Самая главная деталь калейдоскопа - трехгранная зеркальная призма. Если нет зеркала, то можно использовать обычные стекла, окрашенные с одной стороны черной краской, в таком случае окрашенная сторона должна быть снаружи. Грани призмы необходимо закрепить. Затем призму помещают в цилиндр. Концы цилиндра закрывают, с одной стороны – это матовое стекло, с другой стороны – прозрачное. Откуда же берутся узоры?! Между стеклами необходимо разместить «узорную камеру», именно туда помещаются бусины и стекляшки, которые многократно отражаясь, дают неповторимые узоры.

1.3.      Интересные факты

       Калейдоскоп используется художниками для создания различных узоров, например – для обоев, ткани, ювелирных украшений и т.д.

При жизни Ньютон более всего был известен своими исследованиями в области оптики.
А его труд «Оптика» в течение десятилетий считался энциклопедией науки о свете.
    В Сиракузах, где по легенде Архимед поджигал с помощью зеркал вражеские корабли, ему был установлен памятник, изображающий ученого со сферическим зеркалом в руках, направленным
в сторону моря.
      Леонардо да Винчи писал свои трактаты перевернутым шрифтом с помощью зеркала. Его рукописи впервые были расшифрованы лишь три столетия спустя.

  Первый оптический семафорный телеграф связал в конце 17 века Париж с городом Лиллем. 
     К середине 19 века в России действовало уже несколько оптических телеграфных линий, крупнейшей
из которых была линия Петербург – Варшава, которая имела 149 промежуточных пунктов.
Сигнал между этими городами проходил всего за несколько минут, причем, только днем и при хорошей видимости.

  Живые зеркала – светящиеся в темноте глаза кошки или блестящая рыбья чешуя, переливающаяся всеми цветами радуги – это хорошо отражающие свет поверхности.

      У некоторых животных работа глаза основана на зеркальной оптике. Природа создала многослойные зеркала. Важной структурой глаза, улучшающей ночное зрение многих наземных животных, ведущих ночной образ жизни является плоское многослойное зеркальце «тапетум», благодаря которому и светятся в темноте глаза. Поэтому глаз кошки может видеть окружающие предметы при освещенности
в 6 раз меньшей, чем требуется человеку. Такое же зеркальце обнаружено у некоторых рыб.
          

Глава 2. Результаты работы

Для создания калейдоскопа необходимо было собрать трехгранную призму. При этом грани должны были быть равными. Мы взяли стекло с шириной 24 см и длиной 65 см.  При сборке призмы, между гранями получается угол в 60 градусов, поэтому в калейдоскопе будет 6 отражений. Работа проводилась по алгоритму:

1.     Для создания калейдоскопа были взяты три обычных стекла.

2.     Стекла окрашивали краской (рис.)

3.     Собрана стеклянная призма, которую поместили в картонный цилиндр (рис.).

4.     Из прозрачного плексигласа сделали узорную камеру, поместив внутрь различные предметы (рис).

5.     Готово!

       В данном  калейдоскопе  использовались гладкие стекла и поэтому видны четкие отражения. Мы создали еще один калейдоскоп, но вместо стекол использовали металлическую зеркальную пластину. В результате – ничего не получается, т.к. не соблюдается принцип- «угол падения равен углу отражения».

Рис. 5. Рассеянный свет и отражение.

Заключение

    Калейдоскоп изначально был и остается оптическим прибором, основанным на принципах отражения плоского зеркала. При создании калейдоскопов мне пришлось воспользоваться математическими навыками – рассчитать углы между гранями, вписать призму в цилиндр и т.д. Это было интересно и познавательно. Оказалось, что металлическая зеркальная поверхность не  отражает лучи по принципу плоского зеркала, поэтому калейдоскопных узоров не получается.

    Подобрав наполнитель для узорной камеры калейдоскопа, можно создавать свою неповторимую коллекцию узоров, используя эти мотивы в дальнейшем творчестве.

Источники

1. Зеркало/Википедия  (электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/%C7%E5%F0%EA%E0%EB%EE )

2.            РАБИЗА Ф. КОЛЛЕКЦИЯ УСКОЛЬЗАЮЩИХ УЗОРОВ. БОЛЬШОЙ КАЛЕЙДОСКОП (электронный ресурс http://www.nkj.ru/archive/articles/9935/ -30 января 2015г.).

3.            Старинные  стеклянные зеркала  (электронный ресурс  

http://class-fizika.narod.ru/serk15.htm - 30 января 2015г.)

Приложение 1

Рис. 1.Подготовка  стеклянных заготовок калейдоскопа.

Рис. 2. Детали калейдоскопа.

Рис. 2. Призма в сборке.

Рис. 3. Узорная камера калейдоскопа.

Рис.4,5,6. Узоры.

Рис. 7.Металлическая призма калейдоскопа.

Рис. 8,9. Узоры в металлической призме.