XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебный калейдоскоп
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В прошлом году на новый год мне подарили интересный подарок – «волшебную трубу». Заглянув в нее, я не могла оторвать глаз от этих неповторимых узоров, цветов, ярких красок, которые я там увидела. Там в маленькой трубке были какие-то чудеса. Мама сказала мне, что это не «волшебная труба», а правильное ее название калейдоскоп. Так состоялась моя первая встреча с ним. Я долго могла проводить время за разглядыванием этих переливающихся узоров, которые поистине завораживали своей красотой. Но потом наступил момент, когда очень хотелось узнать – а как они образуются? И что вообще такое это - калейдоскоп? Как он устроен? Поэтому стало интересно, возможно ли, самому сделать это чудо. Итак, возникла проблема – можно ли изготовить калейдоскоп своими руками.
Узоры в калейдоскопе никогда не повторяются, всегда между ними есть разница, их разнообразию нет предела. Но, к сожалению, быстро возникая, они также быстро и исчезают - от легкого поворота "волшебной трубки".
Игра мимолетности, разнообразия, непредсказуемости узоров калейдоскопа – это воплощение творчества, когда из простых и обыденных предметов может рождаться красота, которая захватывает дух. Картины, которые появляются в калейдоскопе, стимулируют наш мозг, дают нам сильный заряд положительных эмоций, активизируют наш творческий потенциал. Медицина доказала, что 15 минут разглядывания картинок в калейдоскопе оказывают релаксирующее действие, которое можно сравнить разве что с 5 минутами здорового смеха. Калейдоскоп не только детская игрушка, он так же используется в работе дизайнера для создания новых тканей, рисунков, обоев, в ковроткачестве. Поэтому, занимательная игрушка – калейдоскоп остается актуальной и в наши дни, которая нравится всем людям, независимо от их возраста.
С мамой мы посмотрели в энциклопедии для детей, что за предмет этот калейдоскоп и мне стало очень интересно, как устроен калейдоскоп, и смогу ли я сделать его сама? Так как я еще не совсем взрослая, то мне потребовалась помощь моих родителей в создании такого чуда, как «калейдоскоп».
Актуальность работыв том, что калейдоскоп – занимательная игрушка, которая нравится всем людям, независимо от возраста уже на протяжении долгого времени. И любознательному человеку всегда интересно знать, как что устроено и почему определенные явления происходят именно так.
Цель моего проекта - изготовить калейдоскоп из доступных материалов и выяснить, влияет ли рассматривание замысловатых картинок на зрение и воображение человека.
Задачи проекта:
Изучить и проанализировать литературу по теме моего проекта из различных источников;
Узнать историю возникновения и создания калейдоскопа;
Узнать, как и где можно использовать калейдоскоп
Разобраться в строении калейдоскопа и изучить принцип действия калейдоскопа
Подготовить материалы и сделать свой уникальный калейдоскоп
Основная часть
Теоретическая часть
История калейдоскопа
Название свое «калейдоскоп» получил от греческого (калос) - красивый, (эйдос) - вид и (скопео) - смотрю, наблюдаю. Калейдоскоп был изобретен в 1817 году шотландским физиком Давидом Брюстеромво время проведения эксперимента с поляризацией света. В начале своего существования калейдоскоп не считался игрушкой. Изобретение калейдоскопа принеслоБрюстеру славу первооткрывателя.
У нас в России калейдоскоп появился в конце 18 века и изобрел его великий русский ученый М.В. Ломоносов, который восхищался красотой стекла и изучал различные способы его применения. В настоящее время три его калейдоскопа хранятся в Эрмитаже. Примеры старинных калейдоскопов представлены в Приложении 1.
Разновидности калейдоскопов
В настоящее время изобретатели продолжают трудиться над созданием новых конструкций калейдоскопов. В современных калейдоскопах узоры создаются не только прозрачными кусочками стекла, но и мелкими кольцами, цепочками и т.д. Ниже перечислим те из них, которые существуют на сегодняшний день:
Классический калейдоскоп подразумевает наличие разноцветной засыпки, которая перемещается при вращении корпуса калейдоскопа вокруг своей оси.
Масляный (гелевый) калейдоскоп – этот калейдоскоп заполнен маслянистой жидкостью, в которой плавают маленькие разноцветные кристаллы. Картинки в таком калейдоскопе меняются плавно.Гелевые (или масляные) калейдоскопы существуют в нескольких вариантах исполнения. Объединяет их всех наличие гелеобразного вещества, в котором присутствует разноцветная засыпка, иногда в виде бисера, цветных стекол, фигурных элементов из фольги и других материалов. В них перед глазами возникает эффект движения благодаря перетеканию гелевого раствора с разноцветной засыпкой, который отражается в системе зеркал.
Колесный калейдоскоп - это калейдоскоп с вращающимися кольцами. Традиционная оптическая схема из трех зеркал внутри отражает узоры, которые создаются вращением одного или двух колец на торце трубки.
Пневматический калейдоскоп - имеет внутри вместо обычных цветных стекляшек - разноцветные перышки. К калейдоскопу присоединена "груша", с помощью которой в калейдоскоп накачивается воздух.
Талейдоскопы (или теледоскопы) – изделия с традиционной оптической схемой, не имеющие внутри цветной засыпки. Их секрет кроется в другом: узоры создаются из отражения частичек окружающего нас мира. Фрагмент изображения, на который направлена труба талейдоскопа, увеличивается благодаря линзе и многократно отражается от зеркальной внутренней призмы. Внутри талейдоскопа привычное нам окружение трансформируется в необыкновенный мир. Простыми словами: в нем вместо стеклышек стоит линза, и можно смотреть через него на окружающие предметы (Приложение 1).
Устройство калейдоскопа
После того, как мы узнали об истории создания калейдоскопа, интересно узнать: а как же устроен этот прибор? Что находится внутри него, раз позволяет видеть такое многообразие всевозможных чудесных узоров, которые при этом никогда не повторяются? И это лишь часть вопросов, возникающих, как только к нам в руки попадает калейдоскоп.
Калейдоскоп - это трубка с зеркалами и осколками разноцветного стекла. В ней можно наблюдать разные цветовые узоры, которые никогда не повторяются.Это оптический прибор-игрушка, чаще всего в виде трубки, содержащей внутри три (иногда два или более трёх) продольных зеркальных стекла.Зеркала располагают так, что они образуют между собой угол.Внутри трубки между зеркалами помещают хотя бы несколько кусочков цветного стекла. Предметы, которыми заполняется калейдоскоп для создания узоров, должны быть разными по величине и по весу. Кроме стеклышек в качестве дополнительных компонентов используют металл, пластик, бисер, камни, перламутр, перышки, и др. Один конец трубки закрыт матовым стеклом, а с другого конца отверстие малого диаметра закрыто прозрачным стеклом. Повернув прибор матовым стеклом к свету, можно видеть через прозрачное стекло симметрично расположенные, красивые цветные узоры, форма которых меняется при вращении калейдоскопа. Так как все предметы внутри постоянно перемещаются, и у них нет определенного места, то узоры в калейдоскопе никогда не повторяются. При поворачивании трубки вокруг продольной оси цветные элементы, находящиеся между зеркалами, отражаются и создают меняющиеся симметричные узоры. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений (Приложение 2).
Принцип действия калейдоскопа
Калейдоскоп в толковом словаре Даля назван «узорником»,а дальше дается описание его устройства: «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.
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 (Приложение 2).
Интересные факты
Калейдоскоп используется художниками для создания различных узоров, например – для обоев, ткани, ювелирных украшений и т.д.
Калейдоскопы используют и в медицине. Доктор Клиффорд Кун глава Отделения психиатрии и поведенческих наук в университете Кентукки начинал с коллекционирования калейдоскопов, а потом ввел их в свою практику лечения пациентов. Разглядывание узоров в калейдоскопе, успокаивает нервы, снимает напряжение и стресс.
Калейдоскоп используют музыканты и композиторы, настраиваясь на игру или улавливая появившуюся в мыслях новую мелодию. Считается, что каждому цвету соответствует музыкальная нота: наблюдая узоры в калейдоскопе, видишь музыку.
Таким образом, выше мы рассмотрели, что такое калейдоскоп, историю его создания и существующие его разновидности. Разобрали его устройство и принцип действия. Любому любознательному человеку всегда интересно знать, как что устроено и почему определенные явления происходят именно так. Поэтому мы решили попробовать сделать свой собственный калейдоскоп. В практической части нашей работы мы подробно описали увлекательный процесс создания калейдоскопа.
Практическая часть
Практическая часть проекта заключается в подробном описании процесса изготовления калейдоскопа из доступных материалов. При создании калейдоскопа возникали такие моменты, где мне была необходима помощь моих родителей. Поэтому все сложные действия с вырезанием и заклеиванием мне помогал делать мой папа.
Для изготовления самого простого калейдоскопа нам понадобилось:
пластиковая трубка подходящего диаметра – корпус самого калейдоскопа;
кусок пластика с зеркальной поверхностью (остался от ремонта) – зеркальная призма;
плоская прозрачная баночка из-под крема – контейнер для бусинок;
различные блестящие и разные по цвету бусины и бисер;
пластиковая крышка;
ножницы, резак;
скотч, клеящий пистолет, клей;
картон
Вместе с папой мы взяли толстую пластиковую трубку и отрезали нужную нам длину. Это будет корпус нашего будущего калейдоскопа. Потом из пластика с зеркальной поверхностью папа вырезал три одинаковые полоски. Складываем эти полоски так, чтобы они образовали треугольник и склеиваем их между собой. Таким образом, у нас получилась зеркальная призма, которую в дальнейшем мы приклеим к одной из крышек. В пластиковой крышке мы вырезали отверстие - это будет глазок, через который мы будем смотреть наши удивительные узоры. Затем мы взяли приготовленную заранее и подходящую по размерам баночку из-под крема и засыпали в нее пайетки, бусинки и бисер разного размера и цвета.
После того, как мы с папой подготовили все детали калейдоскопа и сделали все подготовительные работы, мы приступили к сборке нашего калейдоскопа. Вставили в трубку нашу призму, закрепили ее, потом присоединили баночку с бусинками, а с другой стороны крышку с глазком. Склеили все детали при помощи клеящего пистолета. Затем взяли блестящую ленточку и украсили ей весь корпус, чтобы наш калейдоскоп выглядел очень симпатично (Приложение 3). Итак, наш калейдоскоп готов! Теперь можно приставить отверстие калейдоскопа к глазу, другой конец направить на свет и наслаждаться красотой получаемых узоров. Вращая наш калейдоскоп, мы можем насладиться необычайной красотой получаемых в нем рисунков.
Я завершила проект тем, что создала свой «волшебный» калейдоскоп из доступных материалов, тем самым достигнув цели нашего проекта. Теперь у меня есть своя собственная «волшебная трубка» - калейдоскоп. Можно в любое время очутиться в волшебном мире завораживающих и необычных картин.
Проводя за рассматриванием картинок определенное количество времени ежедневно, мы с мамой заметили, что я стала лучше рисовать, стала использовать интересные цветовые сочетания.
Таким образом, калейдоскоп помогает развивать воображение и концентрировать внимание. Наблюдая за сказочной сменой цветов и фигур, остаться равнодушным к которым невозможно, дети учатся созерцать, развивая образное и ассоциативное мышление. Необходимо и важно понимать, что, удерживая игрушку с цветной сменой фигурок неподвижно, совершенствуется и моторика, которая потом полезно скажется на развитии умственных способностей.
Держа в руках калейдоскоп начинаешь задаваться вопросами, как появляются необычайно яркие чередования цветов и геометрических форм? Ответы на такие вопросы открывают детям двери в мир реальной, настоящей физики. Заинтересовавшись устройством, которое формирует круговорот фрагментов, ребёнок с помощью взрослых, а то и самостоятельно, соберёт аналогичный оптический предмет. Не исключено, что за ним последуют другие модели. Помимо оптики, эта смотровая трубка послужит начальным пособием для изучения симметрии. И кто знает, возможно в дальнейшем все это приведет к новым открытиям и изобретениям! Ведь не зря говорят, картины, которые появляются в калейдоскопе, стимулируют наш мозг, дают нам сильный заряд положительных эмоций и активизируют наш творческий потенциал.
Заключение
Захватывающая игра света и формы, никогда не повторяющиеся орнаменты, череда превращения одних узоров в другие – в простой конструкции калейдоскопа скрывается целая вселенная, которая не оставляет равнодушными ни детей, ни взрослых. И не важно, какого вы возраста, эта красота просто завораживает каждого из вас! Также не стоит забывать и о пользе калейдоскопов! Эти простые приспособления развивают абстрактное мышление, воображение, творческий взгляд на мир и художественный вкус. Наблюдение сменяющих друг друга орнаментов снимает стресс и одновременно способствует концентрации внимания, что так важно для перегруженных информацией школьников. А тем, кто проводит много времени у компьютера и телевизора, калейдоскоп поможет уменьшить усталость зрительного нерва и тем самым сохранить зрение.
Наблюдая за завораживающими превращениями внутри калейдоскопа, захотелось узнать, как все это устроено. Узнать, как же делается эта удивительная игрушка, и попробовать сделать его самой. Это был замечательный процесс, все было интересно и познавательно. Подобрав наполнитель для узорной камеры калейдоскопа, можно создавать свою неповторимую коллекцию узоров, используя эти мотивы в дальнейшем творчестве.
Каждая картинка в калейдоскопе уникальна, неповторима и мимолетна, она завораживает и детей, и взрослых. Уже один только легкий поворот корпуса, и ты создаешь совершенно новую и неповторимую картину и перед твоими глазами новое явленье!
Калейдоскопы наполняют жизнь волшебством, взрослые возвращаются в детство, а в жизни ребенка появляется необычная игрушка, дарящая фантастический мир единства света, цвета и неповторимых узоров.
Список используемой литературы
Калейдоскопы и группы отражений / Э. Б. Винберг. Математическое просвещение. Серия 3. 2003. Вып.7. с. 45—63.
Никитин Б.П. Развивающие игры. - М.: Издание «Занятие», 1994.
Петерсон Л.Г., Кочемасова Е.Е. «Игралочка - ступенька к школе», Ювента, М.,2011
Интернет-ресурсы
В чем полезность калейдоскопа для детей и взрослых https://albasale.ru/blog/v-chem-poleznost-kalejdoskopa-dlya-detej-i-vzroslyh
Зеркало/Википедия (электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/%C7%E5%F0%EA%E0%EB%EE )
Инфо-урок: https://infourok.ru/issledovatelskiy-proekt-detskaya-igrushka-kaleydoskop-2367881.html
Калейдоскоп/Википедия (электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%B9%D0%B4%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF )
РАБИЗА Ф. Коллекция ускользающих узоров. Большой калейдоскоп(электронный ресурс http://www.nkj.ru/archive/articles/9935/)
Приложение
Приложение 1
Примеры старинных калейдоскопов
Виды калейдоскопов
Масляный Пневматический Талейдоскоп
Приложение 2
Принцип отражения плоского зеркала
Угол падения равен углу отражения Устройство калейдоскопа
Схема сборки калейдоскопа
Приложение 3
Необходимые материалы
• пластиковая трубка - корпус самого калейдоскопа;
• зеркальная призма;
• плоская прозрачная баночка из-под крема – контейнер для бусинок;
• различные блестящие и разные по цвету бусины и бисер;
• пластиковая крышка с отверстием;
• ножницы, резак;
• клеящий пистолет, клей;
• картон, скотч
После сборки калейдоскопа, взяли блестящую ленточку и украсили ей весь корпус, чтобы наш калейдоскоп выглядел очень симпатично!