XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Цветовые эффекты прозрачных предметов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
I. Введение
Нас окружает разноцветный мир и каждый день мы наслаждаемся его красотой. Человеческий глаз очень чувствителен к окраске и яркости света, но третья характеристика света, поляризация, ему практически недоступна [7]. Меня заинтересовал вопрос: а какого цвета прозрачные предметы: пленки, пластмассы и различные стёкла? Оказывается, на самом деле все прозрачные предметы могут переливаться всеми цветами радуги [3]. Но эта игра красок невооруженному глазу недоступна: её мы сможем увидеть только с помощью специального приспособления. Об этом я и расскажу в этом проекте.
Актуальность:
Данная работа поможет школьникам превратить сложное для понимания явление поляризации света в интересное и увлекательное занятие - создание ярких разноцветных картин – полажей, а также привить интерес к изучению физики в старших классах.
Цель работы:
Сделать самодельное приспособление для визуализации цвета прозрачных предметов и самостоятельно создать из прозрачной пленки красочную картину - полаж.
Задачи:
- узнать, что такое поляризация;
- провести практические опыты по изучению цвета прозрачных предметов с помощью самодельного прибора;
- создать своими руками красочную картину-полаж из прозрачной пленки.
Гипотеза:
Предположим что, изучив свойства поляризованного света, мы сможем увидеть цветовые эффекты прозрачных предметов с помощью самодельного приспособления и создать красочную картину-полаж из прозрачной пленки.
Объект и предмет исследования:
Поляризационная пленка, прозрачные предметы.
Методы исследования:
- Изучение литературы и интернет ресурсов по теме
- Лабораторный опыт
- Создание полажа из прозрачной пленки
- Анализ и обобщение
II. Основная часть
-
Что такое поляризованный свет
От большинства источников света (лампочек, солнца) исходят световые пучки, которые называются неполяризованными.
Поляризация света – это явление, при котором из светового пучка «убираются» все лишние волны [2]. Остаются лишь те, которые лежат в определённой плоскости – плоскости поляризации (рис. 1).
Рис. 1
Поляризация происходит при прохождении света сквозь тонкие плёнки из синтетических материалов. Поляризационная пленка является одной из важных составляющих любого современного гаджета. Без пленки мы бы увидели лишь яркое белое свечение экрана (рис. 2).
Рис. 2
Поляризационная пленка – это полимерный материал, изготовленный из поливинилена, исходным сырьем для которого служат нефть и природный газ. Она похожа на обычный затемненный пластик.
Свет, который прошел через поляризатор, на взгляд ничем не отличается от обычного. Но если на пути поляризованного луча поместить второй кусок плёнки — анализатор, то станут видны его особые свойства [6]. При повороте анализатора проходящий свет периодически пропадает (рис. 3).
Рис. 3
Если же между скрещёнными поляроидами поместить целлофан или прозрачную линейку, то станут видны разноцветные разводы по всей поверхности. Эта уникальная особенность называется двойное лучепреломление и проявляется из-за того, что поляризованный свет по-другому взаимодействует с напряженным материалом по сравнению с ненапряженными участками [5].
-
Изготовление полярископа
Изучив информацию о поляризации света и особых свойств поляризованного света, мне показалась эта тема очень интересной. Я решила сделать самодельное приспособление, которое поможет мне провести различные эксперименты и увидеть цветную окраску прозрачных предметов [4]. Для этого мне понадобилась поляризационная пленка. Такую пленку мама помогла мне снять со старого монитора компьютера.
В самодельные рамки вставила поляризационную пленку и установила их на небольшом расстоянии друг от друга (рис. 4).
Рис. 4
Включила источник света - настольную лампу. Несложное приспособление полярископ готов! Первую рамку называют поляризатором, а вторую – анализатором (рис.5).
Рис. 5
Если посмотреть сквозь полярископ, у которого пленки выровнены в одном направлении, свет будет свободно перемещаться. Если же анализатор повернуть на 90 градусов к поляризатору, то мы заметим, что проходящий свет почти полностью исчезает (рис. 6).
Рис. 6
При помощи этого несложного приспособления можно увидеть немало интересного. Теперь, чтобы наблюдать влияние поляризованного света на прозрачный материал, необходимо разместить прозрачные предметы между поляризатором и анализатором.
Второй лист не должен контактировать с образцом, его размещают перед наблюдателем или камерой. Без анализатора наблюдать двойное лучепреломление будет невозможно.
-
Практические опыты с полярископом
Проведем опыты с помощью полярископа. Мы будем помещать различные пластиковые предметы внутри полярископа. В поляризованном свете окружающий нас мир выглядит совершенно по-другому. Предметы из прозрачной пластмассы: линейка, коробка от CD-диска, вилка, ложка переливаются всеми цветами радуги. Чехол телефона приобретает радужную окраску. Склеенный между собой скотч окрасится в изумительные по чистоте и яркости цвета. Какие красочные картины открылись передо мной! И эту игру красок мы видим только в поляризованном свете (рис. 7).
Рис. 7
Причина этого явления в том, что прозрачный для естественного света материал на самом деле неоднороден. Световой луч в нём расщепляется на два, которые идут с разными скоростями и поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях [5]. Малейшее изменение толщины пластинки или напряжений в её толще приводит к возникновению окраски. Причем, чем больше напряжение, тем интенсивнее окраска. А если поворачивать анализатор, то цвета будут меняться: красный сделается зелёным, синий — жёлтым и наоборот.
-
Создание полажа
Изучив свойства поляризации света и проведя интересные опыты с полярископом, меня заинтересовал вопрос: возможно ли самой сделать красивую картинку из прозрачных пленок?
Из интернета я узнала, что существует искусство рисования светом [1]. Поляризованный свет, свойства которого давно используются в промышленности и науке, в XXI веке облюбовали художники. В работах художницы Остин Вуд-Комароу нет ни капли краски [8]. Мало того, все материалы, из которых они сделаны, абсолютно прозрачны и бесцветны. Такая картина называется полаж (polage) – это сочетание двух слов: поляризация и коллаж. Необычайно яркие, чистые, насыщенные цвета, которые видны на картине, – результат взаимодействия источника света, двух поляризационных фильтров и расположенного между ними в несколько слоев преломляющего свет материала (рис. 8)
Рис. 8
Попробуем создать свою картину из целлофана и поляризационных пленок. Для этого мне понадобятся полярископ, который я сделала ранее и лампа для подсвечивания. Нарезаю из целлофана различные фигурки, выкладываю на поляризаторе, под которым разместила лампу (рис. 9).
Рис. 9
Для удобства, вместо анализатора, я буду использовать самодельные очки, которые изготовлены из оправы и поляризационной пленки (рис. 10).
Рис. 10
Подбираю количество слоев целлофана для каждого элемента рисунка. От количества слоев зависит направление поляризации прошедшего света и, соответственно, цвет элемента. В итоге полаж представляет собою аппликацию из многих кусочков целлофана. Окантовку для своего полажа я сделала из склеенного скотча. Картина-полаж готова! Без анализатора такой полаж выглядит прозрачной пленкой. Но без источника света вообще не имеет смысла (рис. 11).
Разместим свою картину внутри самодельного полярископа и включим лампу для подсветки. Картина заиграла радужными красками (рис.12)!
Рис. 11 Рис.12
В моей картине нет ни капли краски и это завораживает. Полаж- это игра света. Если повернуть поляризатор, цвета начинают меняться и играть радужной красотой. Это настоящие «краски из радуги»!
Особенно интересны полажи со вращающимся светофильтром. Это уже кинетическая картина. При вращении одного из поляризационных фильтров свет динамично преломляется, что заставляет цвета картины изменяться и превращает статичные витражные изображения в переливающийся всеми цветами радуги калейдоскоп (рис. 13).
Рис.13
III. Заключение
Во время работы я узнала, что такое поляризация света. Провела занимательные опыты и убедилась, что прозрачные предметы в поляризованном свете играют всеми цветами радуги.
Я поняла, что изучение физического явления - поляризация света - это очень интересное и увлекательное занятие.
Я достигла цели работы: создала полярископ для визуализации цвета прозрачных предметов и самостоятельно создала из прозрачной пленки красочную картину - полаж.
Мне очень понравилось экспериментировать и искать ответы на вопросы.
Список использованных источников и литературы
1. Апресов С. Красками из радуги. Как рисовать поляризованным светом. – Популярная механика, 2009 №2.
2. Жевандров Н. Д. Поляризация света. - М.: Наука, 1969.
3. Сикорук Л.Л. Физика для малышей.
4. Том Тит. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/пер. с франц. М., Издательский Дом Мещерякова, 2008.
5. Хилькевич С. С. Ю. "Физика вокруг нас", Библиотечка "Квант", выпуск 40, Москва, Наука, 1985.
6. Шерклифф У. Поляризованный свет / Пер. с англ. - М.: Мир, 1965.
7. https://www.nkj.ru
8. https://www.austine.com/