XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Удивительный калейдоскоп

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Воробьёв Д.А. 1

---

1МБОУ "Средняя школа №1"

Буторина И.А. 1

---

1МБОУ "Средняя школа №1"

Работа в формате PDF

4.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В век информационных технологий мы не можем себе представить жизнь без гаджетов, а игрушки нам кажутся уже неинтересными и обыденными. Но случайно в руки мне попался калейдоскоп и надолго пробудил интерес всей моей семьи. Мир зазеркалья оказался очень интересным и загадочным, а главное – увлекательным.

Пятнадцать минут рассматривания картинок калейдоскопа сравнимы с пятью минутами здорового смеха. Люди, взявшие его в руки, не расстаются с ним. 25 узорообразующих элементов не повторяются в течение 500 млн. лет. Он помогает снять усталость зрительного нерва, что особенно важно в современном мире гаджетов. Следовательно, калейдоскоп – не просто детская игрушка, но и антидепрессант, который помогает снять усталость зрительного нерва.

Объект исследования: калейдоскоп.

Цель исследования: изучение строения оптического калейдоскопа и его.создание.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме;

2. Провести анкетирование учащихся начальной школы;

3. Создать оптический калейдоскоп;

4. Исследовать зависимость количества изображений от величины угла между зеркалами;

5. Создать буклет для учащихся начальной школы;

6. Выступить со своей работой перед младшими школьниками.

Методы исследования:

1. Работа с информацией;

2. Анкетирование;

3. Экспериментирование;

4. Моделирование

Глава 1. Теоретическая часть

1. 1. История создания калейдоскопа

В толковом словаре Сергея Ивановича Ожегова, калейдоскоп – это оптический прибор-трубка с зеркальными пластинками и цветными стёклышками, при поворачивании складывающимися в разнообразные узоры.

Прототип кaлeйдocкoпа был создан ещё в Дpeвнeм Eгиптe. Eгиптянe c вocxищeниeм нaблюдaли зa cиммeтpичными фигуpaми, которые возникали вo вpeмя движeний тaнцopoв мeжду двумя-тремя, paccтaвлeнными вкpугoвую, oтполированными плитaми извecтнякa. Но лишь столетия спустя это оптическое явление, которое поместили в маленькую трубочку, получило своё название «калейдоскоп».

Нaзвaниe cвoe «кaлeйдocкoп» пoлучил oт гpeчecкoгo «kalos» - «кpacивый», «eidos» - «вид» и «skopeo» - «cмoтpю», «нaблюдaю». A в Poccии кaлeйдocкoп нaзывaли «тpубкoй, пoкaзывaющeй кpacивыe виды».

Считaeтcя, чтo кaлeйдocкoп изoбpeл шотландский физик сэр Дэвид Бpюcтep (Приложение 1). B 1815 гoду Бpюcтep пpoвoдил экcпepимeнты пo прохождению света через некоторые вещества, чтo и нaтoлкнулo eгo нa идeю coздaния кaлeйдocкoпa. Bo вpeмя cвoиx экcпepимeнтoв, Бpюcтep oбpaтил внимaниe, чтo ocкoлки cтeклa, пoмeщeнныe в тpубу c зepкaлaми, coздaют чудecныe cиммeтpичныe узopы, oтpaжaяcь в зepкaлax. Узop мeнялcя в зaвиcимocти oт тoгo, пoд кaким углoм зepкaлa pacпoлaгaлиcь дpуг к дpугу, a тaкжe oт тoгo, кaкoe кoличecтвo зepкaл иcпoльзoвaлocь. Пepвый кaлeйдocкoп пpeдcтaвлял coбoй тpубку c пapaми зepкaл нa oднoм кoнцe и двумя пapaми пoлупpoзpaчныx диcкoв нa дpугoм кoнцe, внутpи тpубки был cтeклянный биcep.

B 1816 гoду Бpюcтep зaпaтeнтoвaл cвoй кaлeйдocкoп. Пocлe публикaции «Tpaктaтa o кaлeйдocкoпe», нaпиcaннoгo Дэвидoм Бpюcтepoм, изoбpeтeниe cтaлo очень пoпуляpным. Бpюcтep пpeдпoлaгaл иcпoльзoвaть кaлeйдocкoп, кaк нaучный инcтpумeнт, oднaкo кaлeйдocкoп cтaл нapacxвaт кaк зaбaвнaя игpушкa. Пocлe нaчaлa пpoизвoдcтвa вceгo зa тpи мecяцa в Лoндoнe и Пapижe былo пpoдaнo нe мeнee 200 000 кaлeйдocкoпoв.

Через два года после калейдоскоп сэра Брюстера появился в России, где получил всеобщий восторг и восхищение. Известен факт, что еще в конце 18 века калейдоскоп был изобретён выдающимся русским ученым. Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Однако, вся слава досталась Брюстеру лишь по той причине, что в России в те времена, когда Ломоносов увлекался свойствами стекла, не было закона о патентах. Увидеть первые калейдоскопы, созданные Михаилом Васильевичем Ломоносовым, можно сегодня в Эрмитаже [3].

1.2. Разновидности калейдоскопов

Разновидность калейдоскопов зависит от формы, назначения, стиля и цены, многие модели до сих пор усовершенствуются.

Перечислим основные виды (Приложение 2):.

Классический камерный калейдоскоп с разноцветной засыпкой, которая перемещается при вращении корпуса калейдоскопа вокруг своей оси.

Гелевый (жидкий или масляный) 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.

Калейдоскоп с вращающимися кольцами больше известен в странах Востока, чем в России. Колесный калейдоскоп оснащен одним или несколькими колесами в конце смотровой труб. В колесах расположены кусочки стекла, полупрозрачные породы, такие как агаты, прессованные цветы, бисер, драгоценные камни или другие предметы. Чтобы сменить узор в колесном калейдоскопе достаточно лишь повернуть колесо.

Телейдоскоп – вид калейдоскопа, где вместо пересыпающейся мишуры и цветного стекла стоит линза, а мозаика состоит из предметов окружающего мира. Узоры телейдоскопа образуются прямо из окружающей среды, при помощи системы зеркал и финишной линзы из стекла.

Пневматический калейдоскоп имеет внутри вместо обычных цветных стекляшек разноцветные перышки. К калейдоскопу присоединена "груша", с помощью которой в калейдоскоп накачивается воздух. Перышки хаотично вращаются, создавая чудесную картинку.

1.3. Строение и принцип действия калейдоскопа

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

Внутри цилиндрической трубки, параллельно ее оси, расположены как минимум две зеркальные пластины, обращенные отражающими поверхностями друг к другу. Внутри калейдоскопа может стоять от 2-3-х зеркал до 4-х или более. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных симметричных изображений одного предмета. Внутри трубки между зеркалами помещают кусочки цветного стекла, разные по величине, форме и весу. Кроме стеклышек можно использовать: 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. Узоры в калейдоскопе практически никогда не повторяются. Как сказано в книге известного физика Я.И. Перельмана [2], если поворачивать калейдоскоп, в котором 20 стеклышек 10 раз в минуту, то понадобится 500 000 миллионов лет, чтобы просмотреть все узоры.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Анкетирование учащихся начальной школы

Для того, чтобы выяснить, каковы знания учащихся начальной школы по данной теме, я с учителем разработал анкету для младших школьников. (Приложение 3). На вопросы анкеты отвечали учащиеся 2, 3, 4 классов (Приложение 4).

Вывод: мнения 2 и 3 классов разделились, более точны оказались 4 классы, которые выбрали вариант под буквой «В».

Вывод: большинство учащихся начальной школы знакомы с калейдоскопом.

Вывод: на вопрос «Хотели бы вы изготовить калейдоскоп своими руками?» 23% школьников дали отрицательный ответ, зато 77% опрошенных ответили, что желают изготовить калейдоскоп самостоятельно.

Я выяснил, что интерес к моей теме у ребят начальной школы ярко проявился. Большинство ребят захотели изготовить калейдоскоп своими руками, потому я решил поделиться своими знаниями с учащимися и выйти к ним со своей работой.

2.2. Экспериментирование с отражением света в зеркалах.

Чтобы понять принцип работы калейдоскопа мы с учителем решили провести эксперимент с зеркалами (Приложение 5). Для него нам понадобятся:

- 2 зеркала квадратной или прямоугольной формы без рамок;

- фигурка небольшого размера;

- транспортир для измерения углов;

Возьмём одно зеркало и поставим перед ним небольшую фигурку. В отражении зеркала видно одно изображение фигурки, находящееся на расстоянии равном расстоянию до зеркала, также видим фигурку в оригинале на столе.

Возьмем теперь два зеркала и поставим их друг к другу под углом 120° и повторим наш эксперимент. Мы видим три фишки: одну в оригинале и две в отражении двух зеркал.

Зеркальный угол с раствором 90° покажет то же самое изображение четыре раза, три из них видно в отражении зеркал.

А два зеркала, угол между которыми составляет 75°, дадут нам пятикратное изображение.

Если угол между зеркалами 60°, то изображений будет 6, одно из которых сама фишка.

Самым сложным и интересным показалось изображение 11 фигур (одно из которых сама фигурка), когда зеркала стояли по углом 30°.

Наш эксперимент позволяет нам сделать вывод, что чем меньше зеркальный угол плоских зеркал, тем больше изображений мы получим в результате отражения фигуры.

2.3Моделирование калейдоскопа с помощью готового набора

Изучив литературу, я многое узнал о калейдоскопах. Мне захотелось создать его самостоятельно. Особенно хотелось понять практически: как в небольшой трубке могут образовываться разнообразные узоры. Для этого, мы с мамой приобрели в магазине готовый набор для творчества, в котором находились материалы:

- тубус-основа,

- наклейка для декора,

- зеркало-треугольник,

- оптический элемент,

- крышки-заглушки,

- блёстки.

Прочитав инструкцию, я преступил к созданию своего калейдоскопа (Приложение 6).

Приготовив все материалы, в первую очередь я наклеил на наш тубус-основу наклейку. Согнул зеркало в треугольник и поместил его в тубус. Затем внутрь тубуса кладем оптический элемент (плотная пленка), он ложится на зеркало и сверху выкладываем красивые блестки. Далее, опять кладем прозрачную пленку, для того чтобы не выпали наши блестки и закрываем всё это заглушкой. С обратной стороны тубуса, где мы будем в него смотреть, тоже делаем заглушку.

Вот так просто можно сделать дома калейдоскоп своими руками.

2.4. Создание чертежа для конструирования будущего калейдоскопа

Для того, чтобы создать калейдоскоп своими руками из подручного материала, я решил выполнить чертёж его модели. Я использовал свои наблюдения строения калейдоскопа и теоретические знания, изучив литературу, что позволило мне создать чертёж для наглядности (Приложение 7).

2.5.Моделирование калейдоскопа из подручных материалов.

Из интернета я выяснил, что можно сделать модель калейдоскопа в домашних условиях.

Для создания волшебной трубы помогут нам сделать следующие материалы (приложение 8):

- тубус (банка из-под чипсов);

- зеркальный картон;

- разноцветные элементы (бусины, пайетки, бисер);

- 2 пластиковые крышки из-под майонеза;

- бумажный скотч;

- ножницы;

- линейка;

- цветная клейкая бумага и декоративные скотчи;

Для изготовления калейдоскопа мы взяли банку из-под чипсов. Папа помог мне вырезать дно банки, чтобы поступал свет. На листе зеркального картона мы разметили 3 одинаковых полоски по 6,5 см, прочертили линии и загнули строго по ним. В результате при сгибании мы получили зеркальную треугольную призму, склеенную бумажным скотчем, которую поместили внутрь тубуса. На дно бутылки мы насыпали разноцветные пайетки, бусины и бисер, накрыли их прозрачной пластиковой крышкой, чтобы элементы не просыпались внутрь призмы. Дно бутылки мы заклеили еще одной пластиковой крышкой. С другой стороны: на тубус надели пластиковую крышку, оставшуюся от чипсов, в ней мы проделали отверстие. Последним этапом выполнения работы стало украшение банки с помощью цветной клейкой бумаги и декоративными скотчами. Таким образом, у нас получился калейдоскоп своими руками.

Я заметил, что изображение узоров недостаточно четкое и решил повторить свой калейдоскоп, но заменил зеркальный картон на обычные зеркала. С помощью учителя повторил свою модель.

В связи с этим, я сделал вывод, что.интереснее всего рассматривать узоры в калейдоскопе с настоящими зеркалами, так как в них лучше всего отражаются элементы. Свой калейдоскоп с настоящими зеркалами мы подарили в кабинет внеурочной деятельности начальной школы Елене Викторовне Шуровой, чтобы она использовала его на своих занятиях (Приложение 9).

2.6. Создание буклета и выступление в классах начальной школы.

Когда я создал свой калейдоскоп, мы с учителем решили создать буклет с интересными фактами и описанием мастер-класса для ребят, чтобы каждый смог изготовить калейдоскоп своими руками. (Приложение 10) Так как 77% учащихся, которые отвечали на вопросы анкеты, пожелали изготовить калейдоскоп своими руками, я вышел в классы и поделился своей работой со школьниками (Приложение 11). Ребятам было очень интересно: они задавали мне вопросы и многие захотели создать свои калейдоскопы.

Заключение

Подробно изучив и проанализировав литературу, узнал много нового и интересного про калейдоскопы.

Перед собой я ставил цель изучения строения оптического калейдоскопа и его создание и считаю, что достиг её. Я провёл анкетирование учащихся начальной школы и проанализировал результаты. Попытался с помощью рисунков изобразить строение калейдоскопа и смоделировал его. Путем экспериментов объяснил принцип отражения света от плоских зеркал. Я был в роли настоящего исследователя. Создал буклет и поделился своими знаниями с ребятами. Тем самым, удовлетворил свой познавательный интерес, а также заинтересовал ребят начальной школы.

Список литературы:

1. Глюк И. И все это делают зеркала. Москва, 1970.

2. Перельман Я. И. Занимательная физика. Москва, 1986

3. Интернет ресурс: https://obuchonok.ru/node/3111

Приложение 1

Создатели первых калейдоскопов

Михаил Васильевич Ломоносов

Сэр Дэвид Брюстер

Калейдоскоп Ломоносова

Калейдоскоп Брюстера

Приложение 2

Основные разновидности калейдоскопов