XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Путешествие в Зазеркалье, или как сделать калейдоскоп

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Подставка И.И. 1

---

1ГБОУ Школа №1287

Паршина О.А. 1

---

1ГБОУ Школа №1287

Работа в формате PDF

172.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Игрушка дарит радость, приносит пользу здоровью. Разглядывание узоров в калейдоскопе успокаивает нервы, снимает напряжение и стресс. Цвета калейдоскопа оказывают целительное лечебное действие, помогают улучшить самочувствие, настроение и даже эффективность работы. Терапевтически доказано, что 15 минут рассматривания картинок калейдоскопа оказывают релаксирующее действие, сравнимое с 5 минутами здорового смеха.

Чтобы  наслаждаться увлекательным, никогда не повторяющимся зрелищем можно не только купить калейдоскоп, но и сделать самому! Многие из нас очень любознательны – всё интересно, всё хочется потрогать, изучить свойства и принцип действия объекта. Знания к нам приходят не только через глаза и уши, но и через руки!

Изготовление детской игрушки - серьёзное научное достижение, за которым может быть последует открытие собственных законов.

Всегда интересно пройти путём изобретателя и самому повторить открытие или изобретение, ранее сделанное известными учёными.  Интересно понять, какие знания должны были предшествовать открытию, с каким трудностями можно было столкнуться, узнать, получило ли этот открытие практическое применение или было бесполезным для человека? А может быть польза изобретения становится понятной не сразу, а через десятки лет?

Цель  работы: изготовить калейдоскоп, который работает при использовании.

Задачи:

- изучить и проанализировать литературу;

- изучить принцип действия калейдоскопа;

- исследовать зависимость количества изображений от величины угла между зеркалами;

- ознакомиться с устройством калейдоскопа;

- подготовить материалы и изготовить калейдоскоп.

Гипотеза исследования: чем меньше угол между плоскими зеркалами, тем больше изображений в данных зеркалах.

Методы и приёмы:

- изучение и анализ литературы;

- моделирование (создание действующей модели);

- фотосъёмка и видеосъёмка.

Актуальность темы: игрушка, сделанная своими руками, может быть хорошим подарком.

Объект: два плоских зеркала.

Предмет: отражение света.

Основные результаты: создана «Технологическая карта изготовления изделия», изготовлен калейдоскоп.

План работы:

1). Проявление любопытства, задание вопроса, выбор конкретной темы; формулировка проблемы.

2). Подбор необходимой литературы по интересующему вопросу.

3). Изучение публикаций, подготовка краткой выборки по теме исследования.

4). Рассмотрение и оценка возможного решения. Техника безопасности.

3). Подбор необходимых материалов и деталей для создания модели.

4). Изготовление выбранной модели.

5). Проведение эксперимента.

6). Оценка результатов эксперимента и выводы, основанные на полученных данных.

7). Оформление проделанной работы, подготовка выступления на конференции.

Для работы мне потребуется:

2.1. История создания

Калейдоскоп был известен ещё с давних времен. В древнем Египте известен праобраз калейдоскопа. Египтяне с восхищением наблюдали за симметричными фигурами, возникающими во время движений танцоров между расставленными вкруговую отшлифованными плитами известняка. И только через много веков устройство для получения симметричных картинок с помощью зеркал назвали калейдоскопом.

Название свое «калейдоскоп» получил от греческого kalos - красивый, eidos - вид и skopeo - смотрю, наблюдаю. А в России калейдоскоп называли трубкой, "показывающей красивые виды". М.В. Ломоносов (Рис. 1), который восхищался красотой стекла и изучал различные способы его применения, в своей оде "О пользе стекла" восторгается:

Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которые Стекло чтут ниже минералов,
Приманчивым лучем блистающих в глаза:
Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса.
Пою перед тобой в восторге похвалу.
Не камням дорогим, не злату, но Стеклу!..

Три его калейдоскопа в настоящее время хранятся в Эрмитаже. К сожалению, изобретение Ломоносова не было запатентовано, т.к. закон о патентах был принят в России только в 1812 году.

В этом 2011 году 29 ноября всё прогрессивное человечество отметило 300-летие со дня рождения М.В. Ломоносова - гениального русского ученого во многих отраслях знаний, поэта, просветителя, одного из самых выдающихся светил мировой науки. Я горд тем, что М.В. Ломоносов – мой соотечественник. Его увлечённость стеклом, калейдоскопами ещё раз доказывает многогранность его таланта.

Считается, что калейдоскоп изобрел английский физик Дэвид Брюстер. (Рис. 2) В 1816 году он запатентовал свой калейдоскоп. Во время своих экспериментов по поляризации света Брюстер обратил внимание, что осколки стекла, помещенные в трубу с зеркалами, создают чудесные симметричные узоры, отражаясь в зеркалах. Узор менялся в зависимости от того, под каким углом зеркала располагались друг к другу, а также от того, какое количество зеркал использовалось.

После публикации «Трактата о калейдоскопе», написанного Дэвидом Брюстером, изобретение стало чрезвычайно популярным, хотя в начале своего существования не считался игрушкой. Ведь первоначально калейдоскоп создавался Брюстером как научный прибор. (Рис. 3)

Позднее американский оптик Чарлз Буш вносил усовершенствования в устройство калейдоскопа и разработал, так называемый, «калейдоскоп для гостиной». Который начали производить тысячами. Калейдоскоп представлял собой черный продолговатый цилиндр, поставленный на деревянный штатив. Цилиндр мог поворачиваться на 360 градусов, и имел на конце медный барабан со спицами, за которые этот барабан можно было вращать. Барабан был самой примечательной деталью в калейдоскопе Буша. В нем располагались стекляшки: их было 35 штук, и треть из них была заполнена жидкостью. Внутри жидкости плавали воздушные пузырьки, которые продолжали двигаться даже после того, как барабан останавливали. Все стекляшки имели блестящие, хорошо подобранные друг к другу цвета и создавали узоры, недоступные ни одному другому калейдоскопу 19 века.

Буш получил несколько патентов с 1873 по 1874 год. Первый - на герметичные ампулы, заполненные жидкостью, второй – на устройство по замене стеклышек в барабане, что делало барабан устройством многоразового использования; третий – на использование цветного колеса в качестве фона для картинок; четвертый – на четырехногий деревянный штатив, который мог сниматься и делал калейдоскоп легко переносимым устройством. Калейдоскопом сразу увлеклась вся Европа. Один из французских богачей заказал калейдоскоп в 20 000 франков. Вместо разноцветных стеклышек он приказал положить в него жемчуг и драгоценные каменья. [8].

2.2. Разновидности калейдоскопов

1. Калейдоскоп инженера К. Петкунаса.

В нем узоры создаются не только прозрачными кусочками стекла, но и мелкими кольцами, цепочками и т.д. Конец трубки был закрыт прозрачным оргстеклом, а его торец закрыт сменной непрозрачной крышкой. Мелкие предметы внутри освещались только боковым светом и отражались зеркалами. На таком калейдоскопе узоры получались более красочными и разнообразными. [5].

2. Масляный калейдоскоп: ( Рис. 4)

Калейдоскоп заполнен маслянистой жидкостью, в которой плавают маленькие разноцветные кристаллы. Картинки в таком калейдоскопе меняются плавно.

3. Пневматический калейдоскоп: ( Рис. 5)

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. ( Рис. 6)

4. Талейдоскоп: ( Рис. 7)

В талейдоскопе вместо стеклышек стоит линза, и можно смотреть через него на окружающие предметы. Изображение этих предметов многократно отражаются в зеркалах, и получаются удивительные картины из реального мира.

5. Параскоп: ( Рис. 8)

Параскоп дает объемную картинку. В этом случае узор образуется из отражений предметов окружающего мира и одновременно стеклышек, заключенных внутри калейдоскопа. [11, 12].

2.3. Устройство калейдоскопа

Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол. [1; С.37].

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 изображений одного предмета: при углах между зеркалами в 45°- 8 изображений, при 60°- 6 изображений, при 90°- 4 изображения. Внутри трубки между зеркалами помещают хотя бы несколько кусочков цветного стекла. Желательно, чтобы предметы, которыми заполняется калейдоскоп для создания узоров, были бы 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. [4; С.7].

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. [2; С.142-143].

2.4. Применение калейдоскопа

1). В Париже в 1900 году был выстроен павильон, получивший название "Дворец миражей". (Рис.9) Зал состоял из шести зеркальных стен, в местах, соединения которых размещались на вращающихся подставках тропические растения, колонна восточного храма или фрагмент колоннады знаменитой "Альгамбры" из Испании. Благодаря “зеркальному” эффекту посетитель ощущал себя внутри храма или восточного дворца, а то и в тропическом лесу. Зеркальный зал становился огромным и наполнялся толпой, так как посетитель и фрагменты убранства отражались в стенах более 450 раз.

2). На протяжении 2-х недель в мае 2005 года посетители парка «Максимилиан» города Хамм в Германии могли в буквальном смысле заглянуть в трубу. (Рис.11) 20 огромных калейдоскопов с разноцветными внутренними емкостями и различными принципами функционирования позволили посетителям окунуться в причудливый мир фантазии.

3). На всемирной выставке «Экспо 2005» был представлен публике грандиозный оптический аттракцион: самый большой из когда-либо сделанных калейдоскопов был построен в виде огромной башни высотой 47 метров. (Рис.12) Зрители могли из вестибюля диаметром больше 40 метров наблюдать впечатляющие узоры на круглом потолке. По периметру башни были выставлены вкруговую три огромные зеркальные панели. [11, 12].

4). Также им пользовались художники, создававшие декоративные узоры для тканей, обоев или ковров. (Рис. 10). [5].

5). 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. Сейчас в Америке и Европе такой метод лечения уже не является экзотическим. [7].

6). 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.

7). Детская игрушка. [9].

8). Калейдоскоп не просто игрушка. Это целая философия. Есть даже легенда, что египтяне впервые создали во время своих медитаций нечто вроде калейдоскопа, использовав тщательно отполированные осколки известняка. Поэтому особенно преданные своей страсти коллекционеры и художники, любят наделять калейдоскопы какой-то магической силой воздействия на человека. Они говорят, что калейдоскоп вдохновляет ум и пробуждает сердце. Существуют даже целые направления медитации с калейдоскопом, люди медитируют, разглядывая узоры, есть даже специальное обозначение – медитоскоп. Медитоскоп даже получил свое развитие, став чакроскопом.

Чакроскоп придумала и создала Мэрил Энн Батлер, художница, увлекающаяся теорией цвета и ее воздействия на организм человека. Упражнения с чакроскопом, по мнению Батлер, позволяют человеку открыть свое «внутреннее зрение». [10].

3. ГЛАВА 2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Опыт «Угол из зеркал»

Устройство калейдоскопа основано на принципе многократных отражений в плоских зеркалах. Зеркальные пластины располагают друг к другу под углом, помещают в трубку. Поэтому перед тем, как создавать модель калейдоскопа, мы решили провести небольшое исследование, чтобы понять, как зависит количество изображений от угла между плоскими зеркалами.

Гипотеза: перед началом эксперимента мы предположили, что чем меньше угол между зеркалами, тем больше мы получим изображений.

Объект: 2 плоских зеркала.

Предмет: отражение света.

Опыт проводили следующим образом: соединили два плоских зеркала под прямым углом друг к другу, а между ними поставили две одинаковые фигуры. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений одного предмета.

Полученные результаты занесли в таблицу №1.

Таблица № 1

По данным таблицы видно, что количество изображений увеличивается с уменьшением угла между зеркалами. Значит наша гипотеза подтвердилась и можно сделать вывод: количество изображений зависит от величины угла между зеркалами и чем меньше угол , тем больше изображений получается в данных зеркалах. [4; С.7]

3.2. Конструкторская документация.

3.2.1. Описание и рисунок изделия.

Берётся трубка из плотного картона, в неё помещаются 3 зеркальные пластинки под углом в 60°, между ними кладутся цветные стёкла и калейдоскоп закрывается прозрачными крышечками. (Рис. 13,14,15). [3; С.39-42; 6].

Рис.№2 Калейдоскоп

3.2.2 Чертёж изделия

Рис.№3 Чертёж калейдоскопа

3.3. Технологическая документация.

3.3.1.Таблица 2. Технологическая карта на изготовление калейдоскопа.

3.4. Экологический и экономический разделы

3.4.1. Экологическое исследование

Калейдоскоп не несёт вреда окружающей среде и здоровью человека, т.к. изготовлен из картона, плоского зеркала. Сопутствующие декоративные материалы: бисер, пуговицы, стекляшки. Снаружи обёрнут упаковочной бумагой.

3.4.2. Расчет материальных затрат.

Таблица №3

3.4.3. Сравнительный анализ стоимостиизделия.

Купить такую игрушку в магазине за 12 рублей невозможно.

3.4.3. Реклама изделия.

Лучший подарок – калейдоскоп!

Каждый ребёнок - сразу поймёт!

Даже немножечко –

Просто так трубочка –

Это уже хорошо!

Ну а тем более – большая труба.

Конец твоим мучениям,

А так же огорчениям,

Конец твоим обидам

И вообще невзгодам,

Когда тебе (или ему),

Когда (ну, всё равно кому!)

Подарят в День Рождения

Трубу – калейдоскоп!

3.5. Выводы: изучил и проанализировал литературу, нашёл много информации по темам «Калейдоскопы», «Зеркала»;изучил принцип действия калейдоскопа;

исследовал зависимость количества изображений от величины угла между плоскими зеркалами; ознакомился с устройством калейдоскопа; подготовил материалы и изготовил калейдоскоп.

Достигнутые результаты: С помощью руководителя создана «Технологическая карта изготовления изделия». Игрушка дарит радость, приносит пользу здоровью. Наш калейдоскоп не несёт вреда окружающей среде и здоровью человека. Материальные затраты минимальные - 12 рублей, т.к. почти все материалы нашлись дома. Купить игрушку хорошего качества в магазине по такой цене невозможно. Калейдоскоп получился красивым, оригинальным. Он нравится больше моему младшему брату, чем магазинный.

Я считаю, что мне удалось порадовать его необычным подарком, а для меня самого – изготовление даже простой детской игрушки стало серьёзным научным достижением.

Практическое значение работы: Мою работу можно использовать в качестве дополнительной материала при изучении раздела физики-оптика, а так же на уроках валеологии.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Я смотрелся в зеркало много раз. Но я не задумывался, сколько тайн и загадок оно в себе таит.

Подойдите к зеркалу. Перед вами ваше точное изображение. Всмотримся внимательней. Покачаем головой, подмигнём, прикоснёмся рукой. Но стоп! Наше изображение навстречу правой руке протянуло левую руку, левый глаз подмигнул правому. Изображение в зеркале меняет левое на правое и наоборот! Детская игра «Зеркало» давно знает этот секрет! Я решил продолжить исследования по теме «Зеркало».

Мне удалось под руководством старших сделать калейдоскоп. Игрушка дарит радость, приносит пользу здоровью.

Совершенно невероятные вещицы теперь становятся оригинальным и очень полезным для здоровья подарком, независимо от того, сколько лет его получателю, потому что каждый раз, смотря в калейдоскоп, он будет возвращаться в яркий, добрый и звенящий смехом мир детства. Кроме того, цвета калейдоскопа оказывают целительное лечебное действие, помогают улучшить самочувствие, настроение и даже эффективность работы. Терапевтически доказано, что 15 минут рассматривания картинок калейдоскопа оказывают релаксирующее действие, сравнимое с 5 минутами здорового смеха.

Чтобы  наслаждаться увлекательным, никогда не повторяющимся зрелищем можно не только купить калейдоскоп, но и сделать самому! Многие из нас очень любознательны – всё интересно, всё хочется потрогать, изучить свойства и принцип действия объекта. Знания к нам приходят через глаза и уши. Но я доказал, что знания приходят и через руки! Подтвердилась древняя народная мудрость: «Скажи мне – и я забуду, покажи мне – и я запомню, дай мне сделать самому и я научусь.

Много веков назад устройство для получения симметричных красивых картинок назвали калейдоскопом. Теперь для меня не тайна, что это получается с помощью зеркал.

Калейдоскоп для меня стал предметом любознательности, а сделанный своими руками - предметом гордости!

Изготовление детской игрушки стало серьёзным научным достижением, за которым может быть последует открытие собственных законов.

К работе прилагаю буклет, в котором вы найдёте рекомендации, как сделать калейдоскоп - полезную игрушку.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глюк И. И все это делают зеркала. - М.: Мир, 1970. – С. 37-39.

2. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: АО Столетие, 1994. – С. 142-143.

3. Тарасов Б. В. Самоделки школьника. - М.: Просвещение, 1977. – С. 39-42.
4. Шапиро А. И. Твоя первая научная лаборатория: Зеркало. Секреты знакомых вещей. - Киев: Мозаика – Синтез, 2002. – С. 7.
5. Петров П. Игрушка для взрослых //Юный техник. – 1980. - № 11. – Режим доступа: http://igrushka.kz/phpBB2/viewtopic.php?p=8196

6. Рабиза Ф. Коллекция ускользающих узоров. Большой калейдоскоп // Наука и жизнь. - 1999. - №11. – Режим доступа: http://www.nkj.ru/archive/articles/9935/

7. http://www.liveinternet.ru/users/stephanya/post148307012/
8. http://www.liveinternet.ru/community/1726655/post107309372/

9. http://www.vitroart.ru/articles/articles/410/
10. http://www.mquilts.ru/documents/290

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Калейдоскоп

12. http://www.class-fizika.narod.ru/caled1.htm