XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Куб «Тайны зазеркалья»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Целью исследовательской работы является проведение эксперимента по множественному отражению предметов с использованием нескольких зеркал.
Предметом исследования выступает явление множественного зеркального отражения. Объектом исследования были выбраны модели, построенные из нескольких плоских зеркал.
Методом данного исследования является эксперимент. Исследование проводилось в несколько этапов, на первом рассматривалась модель из двух зеркал, на следующих этапах количество зеркал увеличивалось. На последнем этапе были использованы шесть зеркал. В каждой модели было изучено отражение в одном из зеркал, которые были получены с помощью других.
Одна из задач исследования заключалась в описании отражений в зависимости от количества и расположения зеркал.
Отражения в нескольких зеркалах не встретишь в обычной жизни, редко можно найти такое место, в котором зеркала расположены таким образом, что в одном из них видно отражение другого зеркала. Когда же количество зеркал больше двух, то встретить такую модель еще сложнее, поэтому было решено провести эксперимент с несколькими зеркалами.
Модель из нескольких зеркал легко построить, можно держать их руками или опереть на стену, самодельную подставку, но такую модель будет трудно транспортировать. Если нужно показать модель в другом месте, возникает необходимость каждый раз разбирать и собирать ее заново, поэтому была поставлена задача построить такую систему, которую можно легко переносить для демонстрации отражений.
Основная часть
Для построения моделей были куплены обрезки плоских зеркал на строительном рынке.
Для первой модели были взяты два зеркала. В двух зеркалах при разных углах между ними получалось разное количество отражений предмета. С уменьшением угла между зеркалами появлялось все больше отражений, которые выстраивались в линию, образовывая коридор (рис. 1 и 2). При расположении зеркал параллельно друг к другу появляется эффект бесконечного количества изображений.
Для второй модели добавили третье зеркало, поставленные перед зеркалами предметы отражались в зеркалах до бесконечности. Если поставить три зеркала треугольником, то получается бесконечное зазеркальное пространство (рис.3).
В следующих моделях, которые включали в себя четыре и пять зеркал, расположенные по кругу, в результате также получили бесконечное количество предметов. При наблюдении сверху множественные отражения плохо видны, но если приблизить глаз к краю зеркала, то с такой точки обзора наблюдать отражения гораздо лучше. Тогда возникла идея просверлить дырку в зеркале для удобства наблюдения.
Стекло является хрупким материалом, для безопасной транспортировки модели и сохранения целостности зеркала мы выпилили из фанеры прямоугольники с отступом, чтобы можно было их передвигать, не касаясь пальцами стекла. Иначе отпечатки пальцев на зеркале тоже многократно отражались и мешали наблюдению отражений. Затем наклеили на фанеру зеркала при помощи герметика. Кроме того, для устойчивости конструкции приклеили брусок. Таким образом, такие зеркала удобнее ставить и перемещать по столу.
Последнее улучшение мы сделали, закрепив два зеркала на основном листе фанеры, чтобы они могли вращаться, и мы могли бы ставить их под разным углом друг к другу (рис.4). Таким образом, была завершена модель с двумя и тремя зеркалами (рис.5 и 6).
Затем улучшили модель с шестью зеркалами, которые были расположены как грани куба (рис.7).
Для его изготовления были использованы запчасти от старой разборной витрины из алюминия. Для того чтобы проделать отверстие для наблюдения и зачистить края стекол для безопасности, мы обратились к специалисту на строительном рынке. Так как толстая фанера не влезала в паз у стоек, то мы поставили оргалит, чтобы защитить зеркало. Затем закрепили зеркала по сторонам и установили зеркальное дно. Таким образом, было получено почти бесконечное пространство, в котором предметы отражались до бесконечности. Далее поставили сверху еще одно зеркало с отверстием, через которое ничего не было видно, поскольку внутри было темно.
Для освещения пространства была присоединена полоска диодных лампочек к батарейке. К батарейке подключили кнопку включения и выключения от не работавшей музыкальной колонки. Диодная лента, закрепленная на кубе, присоединяется через клемники, и при переноске можно отсоединять. После размещения диодов можно было увидеть множественные отражения в зеркальном кубе (рис. 8 и 9). Также, для удобства наблюдения, была изготовлена подставка, позволяющая поставить куб в немного наклонном положении.
Таким образом, следует отметить, что для отображения множественных зеркал достаточно двух зеркал, также была построена модель с шестью зеркалами для удобной транспортировки.
Заключение
В ходе эксперимента были проведены эксперименты с парой зеркал. Мы проанализировали, как количество отражений зависит от угла между зеркалами.
Построили модель, с помощью которой можно демонстрировать явление многократного отражения на двух зеркалах, а также «бесконечное пространство» на трех и шести зеркалах. Было проведено её усовершенствование и проверка на эффективность, безопасность и наглядность. В процессе работы были использованы несложные подручные материалы.
Завершающим объектом стал зеркальный куб с подсветкой внутри. Делать иной объемный многогранник было нецелесообразно ввиду отсутствия недорогих материалов для изготовления каркаса. В нашем объекте использованы стандартные детали от разборных торгово-выставочных витрин. В дальнейшем было бы интересно посторить модель с октаэдром и додекаэдром при условии наличия удобных деталей каркаса.
Наглядные демонстрации множественного отражения могут использоваться как в школе на уроках, так и на различных технических и познавательно-развивающих выставках.
Список литературы
Перельман Я.И. «Занимательные головоломки и развлечения»
Коменский Я.А. «Великая Дидактика»
Перельман Я.И. «Знаете ли вы Физику?»
Приложение
Рис.1 Отражение в двух зеркалах при большом угле между ними
Рис.2 Отражение в двух зеркалах при меньшем угле между ними
Рис.3 Схема из трех зеркал
Рис. 4 Построенная модель с двумя зеркалами
Рис. 5 Многократное отражение в модели с двумя зеркалами
Рис. 6 Многократное отражение в модели с тремя зеркалами
Рис. 7 Схема куба
Рис. 8 Зеркальный куб изнутри
Рис. 9 Общий вид куба без верхнего зеркала