X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
КАМЕРА-ОБСКУРА. НАСЛЕДИЕ СКВОЗЬ ПРИЗМУ ВРЕМЕНИ
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования: Фотография настолько вошла в нашу повседневную жизнь, что сегодня мы не осознаем её истинного значение. Фотографию можно причислить к величайшим изобретениям человечества, проникшим практически во все сферы его деятельности. Фотография стала не только средством документации, развлечения и художественного самовыражения. Фотографию следует рассматривать как совокупность разнообразных процессов записи оптической информации, даже включая те, которые находятся за пределами чувствительности человеческого глаза. Многие достижения в области фотографии не только вносят известный вклад в мировую науку, но и привели к созданию разнообразных вспомогательных средств, которые широко используются в науке, технике и народном хозяйстве.
Вне зависимости от сложности конструкции и функций сегодняшних фотокамер, все они являются потомками устройства, изобретенного гораздо раньше, чем появилось само слово «фотография». Речь пойдет о камере-обскуре – устройстве, на основе которого были созданы все основные принципы фотографирования.
Тема: «Камера-обскура. Наследие сквозь призму времени».
Гипотеза: можно создать камеру-обскуру, из обычной коробки, с помощью которой можно будет получить четкие изображения предметов.
Цель работы: изготовление из подручных материалов камеры-обскуры.
Задачи:
- изучить литературу и материалы на сайтах по теме «Камера-обскура»;
- изготовить камеру-обскуру;
- исследовать изображения, получаемые камерой-обскурой.
Объект исследования – изображение, полученное камерой–обскурой.
Предмет исследования – качество изображения предметов, полученных с помощью камеры-обскуры.
Методы исследования:
- экспериментальный метод;
- метод наблюдения;
- метод сравнения.
1. КАМЕРА-ОБСКУРА. ИСТОРИЯ ФОТОТЕХНИКИ
1.1 История изобретения камеры-обскуры
На латинском языке «камера-обскура» означает «темная комната». Принцип устройства камеры-обскуры был известен ученым давно. Аристотель описал это явление еще в 4 веке до нашей эры: когда свет проникает в темное пространство сквозь крошечное отверстие, происходит нечто таинственное и удивительное. На противоположной (желательно белой) стене вы можете увидеть изображение ... вверх ногами.
Первую камеру-обскуру сделал английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон (1217—1294). Он использовал камеру-обскуру для того, чтобы в помещении наблюдать за проходящими по улице мимо окон людьми.
В конце 15 века в Европе Леонардо да Винчи подробно описал и зарисовал устройство камеры-обскуры (рис.1).
Рис.1 Устройство камеры-обскуры. Исследования Леонардо да Винчи.
Да Винчи использовал камеру-обскуру при изучении человеческого глаза. С помощью камеры-обскуры он пытался понять то, каким образом на сетчатке глаза образуется изображение.
Однако, широкого применения классическая камера-обскура не находила. Если отверстие для света сделать большим, то изображение получается размытым, а маленькое отверстие дает резкое, но очень тусклое изображение.
Но уже к середине 16 века были предприняты первые попытки усовершенствовать камеру-обскуру. В 1550 г. итальянский физик и математик Жером Кардано предложил оснастить отверстие камеры-обскуры линзой, чтобы улучшить изображение. А для наводки на резкость сделать заднюю стенку камеры передвижной. Большое неудобство представляло перевернутое изображение. Игназио Данти предложил в 1573 г. крепить к камере-обскуре зеркало, которое вторично переворачивало изображение.
Первоначально камерой-обскурой пользовались исключительно оптики и астрономы для научных опытов и наблюдений. Усовершенствованная камера-обскура астронома Иоганна Кеплера представляла собой специальную палатку, которая вращалась, давая возможность вести круговой обзор неба или горизонта. В 1600 г. Кеплер начал применять свою камеру-обскуру для наблюдения за движением Солнца, а в 1607 г. он наблюдал с ее помощью прохождение Меркурием солнечного диска.
В 1655 г. появилась первая компактная камера-обскура, которую сконструировал Роберт Бойль.
Йоганнес Цан спроектировал портативную камеру-обскуру, в которой под углом 45° было расположено зеркало, проецировавшее изображение на матовую горизонтальную пластину. (рис.2).
С развитием оптики стала совершенствоваться и камера-обскура. С установкой двояковыпуклой линзы устройство перестало иметь громоздкие размеры. Камера-обскура превратилась в относительно небольшой деревянный ящик (рис.3). В задней части имелось зеркало, от которого изображение проецировалось вверх, на полупрозрачный лист бумаги или на стекло. Такая камера-обскура не позволяла получать снимок, человек всё так же должен был рисовать изображение.
Рис.2 Устройство камеры-обскуры с линзовым объективом и зеркалом.
Рис.3 Камера-обскура в 18 веке.
В 18 веке камера-обскура превратилась в инструмент художников-живописцев, рисовальщиков, граверов, декораторов, найдя в этом свое истинное призвание. Это изобретение приобрело большую популярность, среди художников, использовавших его для точной зарисовки пейзажей. Сегодня мы называем этот нехитрый оптический прибор прототипом фотоаппарата Таким образом, стремление художников «механизировать» и ускорить процесс рисования явилось тем толчком, который привел впоследствии к открытию фотографии.
1.2 Принцип действия камеры-обскуры
Принцип действия камеры-обскуры заключается в следующем. Если в одной из стенок темного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевернутым.
Размеры изображаемых предметов зависят от расстояния между отверстием и стенкой (l), на которой возникает изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы (рис.4). При этом качество изображения находится в прямой зависимости от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение и тем оно темнее.
Рис.4 Расстояния между отверстием и стенкой в камере-обскуре влияет на величину изображения предмета.
С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает (рис.5).
Рис.5 Размер отверстия в камере-обскуре влияет на качество изображения предмета.
Помещенная в отверстие линза и закрепленное под углом в камере-обскуре зеркало, дают четкое неперевернутое изображение предмета (рис.6).
Рис.6 Камера-обскура, оснащенная линзой и зеркалом.
Хорошо освещаем перед объективом камеры предмет. Отражаемые предметом лучи, проходя через линзу, отражаются от зеркала и создают на экране изображение предмета. Это изображение можно с помощью карандаша перевести на бумагу, находящуюся наверху камеры.
Со временем камера-обскура становилась все меньше, легче и удобнее в использовании. Это было начало великого превращения камеры-обскуры в фотографическую камеру. В дальнейшем она полностью эволюционировала в фотоаппарат.
1.3 От камеры-обскуры до фотоаппарата
На рубеже 18-19 веков камера-обскура получила широкое распространение как рисовальный аппарат. Чтобы воспользоваться этим аппаратом для зарисовки выбранного предмета, достаточно было добиться чёткого изображения сначала на матовом стекле, затем на листе полупрозрачной бумаги и обвести изображение карандашом.
Ящичная камера-обскура со встроенным зеркалом и горизонтально расположенным матовым стеклом сыграла основополагающую роль в истории фототехники. Братья изобретатели Жозеф Нисефор и Клод Ньепсы использовали возможности камеры-обскуры в своих исследовательских опытах.
В своих исследованиях Нисефор Ньепс обращался к Винсенту и Шарлю Шевалье. Они были владельцами оптической фирмы "Шевалье" и изобретателями линзы-призмы (рис.7). Линза сразу давала перевернутое изображение на экран камеры. В период с 1825 по 1828 г. Шевалье изготавливали для Ньепса линзы-призмы с различными фокусными расстояниями.
Рис.7 Камера-обскура с использованием линзы-призмы, сделанная Шарлем Шевалье.
В своих опытах Ньепс добивался повышения резкости изображения. К 1828 году стал понятен процесс получения негативного изображения.
Время сохранило всего пять камер Нисефора Ньепса. Камерами-обскурами назвать их было уже нельзя, но и до собственно фотоаппарата им было ещё далеко.
В 1833 году французский художник Луи Жак Манде Дагер отправил Ньепсу эскизы с описанием уже настоящего фотоаппарата со знаменитой линзой Шевалье. В его конструкции воплотились глубокий ум и поразительная наблюдательность талантливых изобретателей Жозефа Нисефора Ньепса (1765-1833), Луи Дагера (1787-1851), а также опыт и превосходная инженерная мысль оптиков Винсента (1770-1841) и Шарля Шевалье (1804-1859).
Дагер создал хорошо отлаженный технологический процесс получения фотографии. Этот процесс получил название дагерротип. Для его реализации кроме фотокамеры использовались два отдельных прибора: для окуривания йодом серебряной пластинки и для проявления парами ртути скрытого изображения.
Дату рождения фотографии - 7 января 1839 г. - по праву можно считать и датой рождения первого фотоаппарата. Луи Дагер получил патент на первый в мире фотоаппарат в этом же году.
Долгие годы ушли на совершенствование оптической системы. Наконец, был создан фотографический объектив (рис.8).
Рис.8 Фотографический объектив, 1850 год.
Самой совершенной на тот момент, без сомнения, была камера для производства дагерротипов Шарля Шевалье.
Итак, первыми фотографическими камерами стали ящичные фотоаппараты. Они получили свое название от формы корпуса в виде ящика, унаследованной ими от ящичной зеркальной камеры-обскуры. Они представляли собой либо два ящика, вложенных один в другой с фокусировкой при их взаимном перемещении, либо неразъёмный корпус в форме ящика с выдвижным тубусом объектива (рис.9).
Рис.9 Камеры для дагерротипов.
Дальнейшая эволюция фототехники в конце 1870-х - начале 1880-х гг. привела к появлению более лёгких и транспортабельных ручных ящичных фотокамер.
Особо следует выделить тип ручных камер со встроенным магазином и автоматической сменой пластин (1887-1930). Фотопластины устанавливались в специальные кассеты, которые, двигаясь по направляющим под действием пружины прижимного устройства, падали на дно фотоаппарата (рис.10).
Рис.10 Кассетный фотоаппарат.
В конце 80-х годов XIX века была изобретена пленка, появились пленочные фотоаппараты (рис.11). Пленка была черно-белая и цветная. Чтобы получилась фотография, пленку проявляли, фиксировали,
просушивали и печатали фотографии на специальной фотобумаге.
Рис. 11 Пленочный фотоаппарат.
В 1963 г. были изобретены фотокамеры «Polaroid» (рис.12). Стало возможным делать фотографию мгновенно одним нажатием. Всего лишь нужно было подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке появились контуры изображений, а затем проступала целиком цветная фотография хорошего качества.
Рис.12 Фотоаппарат Polaroid SX 70, 1963 год.
Сейчас мы пользуемся цифровыми фотоаппаратами. Фотографии в них сохраняются на карту памяти. Такие фотоаппараты устанавливают в телефонах, планшетах, ноутбуках… Фотографии можно посмотреть на экранах этих устройств или распечатать на бумаге (рис.13).
Рис.13 Современный фотоаппарат.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА
2.1 Изготовление камеры-обскуры
И зготовим из подручных материалов камеру–обскуру. Для изготовления камеры-обскуры нам понадобятся:
- коробка;
- ножницы;
- скотч;
- линза;
- пяльцы;
- листы белой бумаги;
- шнурок для крепления.
Возьмем коробку среднего размера. С одного торца коробки вырезаем ножницами круглое отверстие и вставляем в него линзу. Это будет "объективом" нашей камеры. С другого торца коробки вырезаем прямоугольное отверстие. В него мы будем наблюдать изображение, полученное камерой–обскурой.
Закрепляем в пяльцах белый лист бумаги. Это будет экраном нашей камеры. При помощи шнурка крепим экран внутри коробки.
Экран должен быть подвижным, чтобы его можно было передвигать на различные расстояния от линзы.
Чтобы в коробку попадало как можно меньше света, заклеиваем в ней скотчем все щели.
Камера-обскура готова!
2.2 Исследование изображения, получаемого камерой-обскурой
Проведем эксперименты. Исследуем изображения, получаемые камерой–обскурой. Для наблюдений потребуется яркий свет снаружи и темнота со стороны экрана. Поэтому лучше проводить опыт находясь в темном помещении, освещая предмет источником света, или в солнечный день на улице, изолировав экран от постороннего света. Таким образом проведем 2 эксперимента.
Эксперимент №1.
Для первого эксперимента нам понадобятся:
- предмет - яблоко;
- источник света – лампа;
- камера-обскура.
Первый эксперимент проведем дома. В комнате занавесим шторы и выключим свет, чтобы постороннее освещение не влияло на качество получаемого изображения. Через камеру-обскуру будем наблюдать за освещенным лампой яблоком.
В итоге на экране получилось четкое изображение перевернутого яблока.
Во время эксперимента мне удалось установить, что:
Если камеру-обскуру отодвинуть дальше от яблока, то на экране яблоко становилось меньше.
ВЫВОД 1: чем дальше камера-обскура от источника света, тем изображение меньше, четкость не изменяется.
Если экран в камере-обскуре отодвинуть дальше от линзы, то на экране яблоко становилось больше.
ВЫВОД 2: чем больше размер камеры-обскуры, тем изображение больше, четкость не изменяется.
В результате такого эксперимента полученное изображение можно обвести карандашом на бумажном экране и получится нарисованное яблоко.
Таким образом, используя этот приём уже в 16 веке, живописцы добивались поразительного сходства картин с натурой.
Эксперимент №2.
После эксперимента дома мы с братом взяли камеру-обскуру и вышли на улицу. Где объектом наблюдения стала я.
Мой брат Миша через камеру-обскуру смотрит на меня и видит мое перевернутое изображение. Почему так происходит?
Световые лучи меня освещают и отражаются от меня. Отраженные лучи света через отверстие с линзой в камере попадают на экран. Поэтому Миша видит на экране моё перевернутое изображение.
ВЫВОД 3: изображение в камере-обскуре получается перевернутым.
Если убрать линзу, изображение в такой маленькой коробке получается очень размытым.
ВЫВОД 4: линза в камере-обскуре улучшает четкость изображения.
Таким образом, считаю гипотезу, что можно создать камеру-обскуру, из обычной коробки, с помощью которой можно получить четкие изображения предметов, доказанной!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучив литературу, я узнала историю изобретения камеры-обскуры и выяснила принцип её действия. Собрала литературный материал об эволюции фотоаппаратов - потомков камеры-обскуры.
Экспериментально изготовила камеру-обскуру, тем самым доказав гипотезу исследования.
Экспериментально исследовала изображения и сделала выводы:
ВЫВОД 1: чем дальше камера-обскура от источника света, тем изображение меньше, четкость не изменяется.
ВЫВОД 2: чем больше размер камеры-обскуры, тем изображение больше, четкость не изменяется.
ВЫВОД 3: изображение в камере-обскуре получается перевернутым.
ВЫВОД 4: линза в камере-обскуре улучшает четкость изображения.
К исследовательской работе прилагается видеоматериал с моими экспериментами.
Надеюсь, тема моего исследования была интересна для Вас!
ЛИТЕРАТУРА
Сурдин В., Карташев М. Камера-обскура// Квант, 1999, № 2
Скоренко Т./фотоаппарат на коленке / Популярная механика /N10 2009г.
Классная физика для любознательных
http://class-fizika.narod.ru/cam.htm
Журнал о фототехнике и фотографии № 1. История, применение и принцип действия камеры-обскуры
http://prophotos.ru/lessons/3096-kamera-obskura-ot-antichnosti-k-vozrozhdeniyu
Камера-обскура. Зарождение фотографии
http://printservice.pro/kamera-obskura
Камера-обскура: обыкновенное фоточудо
http://www.nat-geo.ru/photo-master/34462-kamera-obskura-obyknovennoe-fotochudo/
Камера-обскура. Зарождение фотографии
http://printservice.pro/kamera-obskura
Камера-обскура. Зарождение фотографии
http://printservice.pro/kamera-obskura
26