IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебный мир Зазеркалья
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды утром, собираясь в школу, как обычно, подошел к зеркалу, чтобы проверить свой внешний вид. Поправив воротник рубашки, вдруг подумал: а что было - бы, если бы зеркала не было? Как тогда узнал бы, как выгляжу? А ведь зеркала есть везде - и дома, и в школе, и в больнице - везде. Такой простой, обычный предмет, но без него не обходится ни один дом, ни одно заведение. Откуда взялись зеркала? Кто их придумал и изготовил, и как давно это произошло? Как раньше люди обходились без зеркал? Для чего еще нужны зеркала, где их применяют, и какие свойства есть у зеркала? Все эти вопросы не давали мне покоя целый день. И тогда решил, что необходимо узнать о зеркалах как можно больше.
Это и стало темой моей исследовательской работы.
Актуальность исследования заключается в том, что в век технического прогресса зеркала получили широкое применение во всех сферах жизни. Свойства зеркал изучаются и по сей день, учёные открывают новые факты. А приборы с зеркалами в наше время используют повсеместно.
Цель: изготовить в домашних условиях зеркало.
Задачи:
Узнать историю возникновения зеркала, изучив литературу по теме исследования.
Рассмотреть методы производства зеркал, используя метод поиска информации.
3. Исследовать свойства зеркал, используя метод эксперимента.
4. Изготовить зеркало в домашних условиях путем эксперимента.
5. Изучив оптические свойства зеркал, разработать и изготовить калейдоскоп.
6. Проанализировать использование зеркал в современном мире.
7. Разработать правила пользования зеркалами.
Объект исследования: зеркало.
Предмет исследования: свойства зеркала.
Гипотеза: предполагаю, что зеркала обладают различными свойствами и их можно изготовить в домашних условиях.
Теоретическая значимость: систематизация материала по данной теме.
Практическая значимость работы состоит в том, что она может использоваться школьниками в образовательных целях:
Изучение фольклора, искусства, литературного приёма «взазеркалье».
Опыты с зеркалами помогут лучше понять физику хода лучей и свойства зеркала;
В качестве проведения мастер – класса по созданию оптических приборов в условиях школы.
Глава I. Тайна зеркала
I.1 Что такое зеркало и история его возникновения
Для начала решил обратиться к словарям и узнать значение слова зеркало.
ЗЕРКАЛО – это гладкая поверхность, предназначенная для отражения света или другого излучения (Википедия).
ЗЕРКАЛО – предмет со стеклянной или металлической отполированной поверхностью, предназначенный для отображения того, что находится перед ним (Толковый словарь С.И. Ожегова).
ЗЕРКАЛО – весьма гладкая, металлическая или стеклянная доска, отражающая предметы (Толковый словарь В.И. Даля).
Проанализировав все значения, можно сделать краткий вывод, что зеркало – это предмет, в котором может отражаться другой предмет.
А интересно, когда появились зеркала? И как раньше люди обходились без них?
Когда-то давно человек в первый раз наклонился над родником напиться и увидел на поверхности воды самого себя. Поскольку прежде он никогда не видел своего лица, то очень испугался и подумал, что на него смотрит водяной.
Позднее человек догадался, что в воде он видит собственное отражение, но само явление оставалось по-прежнему для него необъяснимым и загадочным. Осталось желание вновь и вновь смотреть на себя. Так возникла потребность в зеркале, вместе с тем человек начал искать более надежные способы удовлетворить свое желание, чем гладь воды. Для этой цели подходили отполированные камни, например обсидиан и пирит, металлы с блестящей поверхностью - медь, бронза, серебро и золото, горный хрусталь и даже темная древесина. (Приложение1)
О человеке, который изобрёл зеркало очень много версий. По библии, им был Тубал-Каин, первый на земле медник.
По мнению учёных, первые переносные зеркала, аналоги современных, были изобретены в III тысячелетии до нашей эры. Делят пальму первенства в этой сфере такие народы, как древние греки, ацтеки и китайцы.
Археологи обнаружили первые, небольшие зеркала из серебра, меди или бронзы, относящиеся к бронзовому веку В Китае были популярны( 206 до н.э. - 220 н.э.) бронзовые зеркала отличающиеся устойчивым использованием узора, симметричные компоненты которого ориентированы по сторонам света и своей формой напоминают три названные латинские буквы. Точное назначение узора не известно, но предполагается, что он отсылает к игре люйбо и древней космогонии. Такое зеркало было важной частью погребального культа.
Первое подобие стеклянных зеркал было создано римлянами в 1 веке нашей эры. Позже научились делать зеркала из стекла, нанося на тыльную сторону стеклянной пластинки тонкий слой серебра, золота или олова. В 16 веке для производства зеркал впервые применили амальгаму - сплав ртути и олова.
Наибольшую известность получили знаменитые венецианские зеркала, которые стоили столь дорого, что для их покупки французские аристократы иногда были вынуждены продавать целые имения.
В 14 веке венецианские ювелиры изобрели новый вид украшений, который сразу понравился местным модницам, несмотря на высокие цены. Дамы носили эти драгоценности на золотых шейных цепочках. А были эти украшения зеркалами!
Испанская королева Изабелла II повелела встроить в свой роскошный веер зеркало и с помощью него рассматривала находящихся у нее за спиной.
А в 19 веке в одной азиатской стране был выпущен первый орден - орден Восходящего солнца. Центр ордена представлял собой вогнутое зеркало, покрытое линзой из красного стекла, а из центра исходили 32 золотых луча.
Египтяне в древности использовали бронзу и медь для изготовления зеркал.
Необычайно красивые зеркала из серебра изготовляли уже в IV-V вв. в Китае и Японии. (Приложение2)
Первые стеклянные зеркала в Европе начали появляться в ХІІІ веке, они были вогнутые, такие зеркала искажали изображение, но четкость изображения в них была гораздо выше, чем в металлических.
В середине XVI столетия в Венеции появились первые плоские зеркала. Историки считают, что секрет плоского зеркала открыли фламандцы. (Приложение 2)
В России зеркальные стекла появились при Петре I и делали их такой громадной величины, что это вызывало удивление во многих странах.
I.2 Производство зеркал вчера и сегодня
Первые зеркала, появившиеся в бронзовом веке, изготавливались из серебра, меди или бронзы методом полировки металла.
Для изготовления вогнутых зеркал выдували стеклянные шары, в которые вливали расплавленное олово, оно растекалось ровным слоем по внутренней поверхности. Затем шар разбивали на куски и доставали медное зеркало.
Как сегодня изготавливают зеркала:
1. Варят стекло из кварцевого песка и соды в специальной печи. (Приложение 3)
2.Густую и вязкую массу стекла выравнивают специальным катком. (Приложение 2)
3. Стекло охлаждают и покрывают заднюю сторону специальной амальгамой. (Приложение 3)
4.Полируют поверхность и разрезают.
Технологии производства зеркал совершенствуются.
Сегодня делают цветные зеркала: золотистые, голубые, желтые, цвета розы,
незабудки и других оттенков для облицовки стен зданий, украшении интерьеров дворцов, магазинов, кафе, квартир.
Современные мастера научились делать и такие зеркала, которые показывают лицо человека красивее, чем оно есть на самом деле. Секрет здесь очень простой: стекло зеркала имеет неуловимо-слабый розовый оттенок.
Изображение получается такое же ясное, как в обычном зеркале, но мелкие
недостатки кожи скрадываются. Лицо кажется в этом зеркале необыкновенно
свежим и молодым.
Выводы по I главе
Изучив литературу, узнал, что зеркало-это стеклянное или металлическое тело с отражающей поверхностью. Оказывается, впервые человек увидел свое отражение в луже. Это и было первое «зеркало».
Но его нельзя было носить с собой, поэтому человек задумался, как же сделать переносное зеркало? Чего он только не пробовал- полировал камни, монеты, золотые и серебряные пластины. Позже стеклодувы покрывали стекло различными покрытиями. И когда они нашли секрет изготовления настоящего зеркала, очень долго хранили его в секрете. В России зеркальные стекла появились при Петре I и делали их такой громадной величины, что это вызывало удивление во многих странах.
Зеркало всегда казалось людям немного волшебным предметом, в нем есть какая-то загадка. Поэтому во всех этих сказках зеркалам приписываются загадочные и волшебные свойства. Кроме сказок, зеркала встречаются в стихах , рассказах и баснях.
Глава II. Экспериментируем - выясняем
В рамках практической части исследования мы выявили следующие этапы :
1. Исследовать свойства зеркал.
2. Изготовить зеркало в домашних условиях.
3. Разработка и изготовление модели калейдоскопа.
4. Анализ использования зеркал в современном мире.
5. Разработка правил пользования зеркалами.
II.1 Исследование свойств зеркал
Прочитав много литературы и извлекая информацию из интернета, узнал много интересного о зеркале. Зеркало обладает интересным свойством: оно выворачивает реальный мир наизнанку, о чём мы предположили в нашей гипотезе.
Давайте разберемся, что мы видим в зеркале? Моё отражение или не моё?
Опыт 1
Я встал перед зеркалом и просто внимательно смотрел на своё отражение. Причесываясь правой рукой, обратил внимание на то, что моё отражение причёсывается левой рукой. Если я правша, то она левша. У всех людей сердце расположено в груди слева, а у моего отражения оно "бьется" справа. В зеркале явно не я, а мой двойник.
Значит, каждый раз, подходя к зеркалу, мы видим не себя, а полную свою противоположность. (Приложение 4)
Опыт 2
Я встал на зеркальный пол. Моя вертикальная ось оказалась перпендикулярна плоскости зеркала (голова сверху, ноги снизу). Зеркало опять всё переворачивает: у отражения голова оказывается обращенной вниз, а ноги - вверх.
Вывод: в зеркале я вижу свое противоположное отражение. (Приложение 4)
Опыт 3
Как же сделать так, чтобы видеть свое прямое, необращенное изображение в зеркале? В домашних условиях это сделать сложнее. Этот опыт я проводил в гостях у бабушки. У нее сохранился старый трельяж. Для этого нужно соединить два зеркала под прямым углом, и именно так можно увидеть своё "прямое", необращенное изображение. Это отражение всегда смотрит на вас и отражает вас так, как видят другие.
Вывод: только при особом расположении зеркал можно увидеть прямое необращённое отражение. (Приложение 4)
Опыт 4
Не всегда в новый год идет снег. Попробуем получить снежную метель при помощи зеркал.
Мне понадобился воздушный шарик, старые газеты и бумажный клей. Сначала необходимо надуть воздушный шар и хорошо его завязать. Последний слой делаю белым ,выравниваю этим слоем мой шар и оставляю его хорошо просохнуть. Теперь рву старые газеты на мелкие кусочки и обклеиваю ими шар. Чем больше слоев -тем лучше.
Движущиеся зеркальца, на которые падает луч света от фонарика с разных сторон и отражают его в разные стороны. Чем больше зеркал, чем меньше они размером, тем сильнее «зеркальная снежная метель».
Вывод: зеркала отражают луч света.
Пока шар сохнет, готовлю «зеркала» -беру старые, не нужные диски и режу их не мелкие кусочки . Прокалываю воздушный шар и вынимаю его , начинаю обклеивать нашу форму зеркальными кусочками . Наш зеркальные шар готов! Включаем фонарик, направляем луч света на шар и слегка его раскручиваем - началась Зеркальная метель!
Опыт 5
Для проведения этого опыта мы взяли 2 зеркала и склеили их сзади скотчем. Поставили зеркала прямо, перед ними поместили свечу. Свеча отразилась один раз. Потом мы постепенно разворачивали зеркала друг к другу. Чем ближе становились зеркала, тем большее количество раз отражалась свеча.
Вывод: зеркало имеет свойство многократно отражать предметы.
II.2 Изготовление зеркала в домашних условиях
Изучив свойства зеркал опытным путем, решили изготовить зеркало в домашних условиях.
Для этого выбрали отражающий материал для задней стенки, который максимально подойдет для изготовления «домашнего» зеркала. (Приложение 5)
Также подготовили несколько вариантов отражающего материала: глянцевый серый картон, глянцевый черный картон, серебристая фольга, бумага с блестками, серебристая краска. (Приложение 6)
Сравнив изображения, поняли, что серебристая фольга и глянцевый черный картон показали наилучшие результаты по четкости и яркости. Если на серебристой фольге изображение достаточно яркое и четкое, то самым ярким и четким оно будет на фольге темного цвета.
Вывод: самое яркое и четкое изображение на блестящей фольге темного
цвета – она и будет отражающим слоем «домашнего» зеркала.
Далее мне предстояло выбрать верхний слой для «домашнего» зеркала, и доказать экспериментально какое стекло лучше пропускает свет.
Для этого мы подготовили стеклянные заготовки одинаковой толщины из матового стекла, гладкого тонированного стекла и простого прозрачного стекла. Также подготовим две зеркальный заготовки – чтобы определить по отражаемому изображению насколько стеклянные заготовки пропускают свет.
После сравнения этих стеклянных заготовок, были получены следующие результаты: матовое стекло дает четкое, но не яркое изображение, тонированное стекло - не достаточно яркое изображение, простое прозрачное стекло - четкое и яркое изображение. (Приложение 6)
Таким образом, делаем вывод, что лучший верхний слой для «домашнего» зеркала – обычное гладкое прозрачное стекло.
II.3 Разработка и изготовление модели калейдоскопа
Нас так заинтересовал процесс изготовления зеркала, что мы пошли дальше и решили изготовить модель игрушки-калейдоскопа. Это самая интересная и загадочная игрушка для всех детей на основе зеркал.
Для начала приготовим все необходимое - картон, зеркальные пластины, два прозрачных и одно матовое круглое стеклышко, бусины, скотч.
Склеиваем между собой зеркальные пластины в равносторонний треугольник - «домик», зеркалами внутрь. (Приложение 7) Затем вставляем полученный «домик» в картонную трубу. Вставляем диски из прозрачного стекла с обеих сторон «домика». Загибаем край трубы с одной стороны. Сверху насыпаем всевозможные бусинки, блестки и снова закрываем круглым матовым стеклом. Вырезаем из картона диск и делаем прорезь для того, чтобы смотреть внутрь – и можно смотреть. Калейдоскоп готов! (Приложение 8)
Горсточка пестрых осколков отражается в двух или трех плоских зеркальцах и образует удивительно красивые фигуры, разнообразно меняющиеся при малейшем повороте калейдоскопа
Принцип действия калейдоскопа заключается в том, что цветные элементы, находящиеся между зеркалами, отражаются в них, создавая меняющиеся симметричные узоры.
Вот такие узоры могут видеть все желающие. (Приложение 9 ) И их отражает мой зеркальный «Волшебный калейдоскоп». Возможно, в старших класса вернусь к теме зеркал и дополню свою работу новыми фактами и исследованиями. А также усложню проектор механизмами, чтобы он мигал и вращался в такт музыке на школьных дискотеках.
II.4 Применение зеркал в современном мире
Для того чтобы выяснить, где применяются зеркала в современном мире, проанализировали, понаблюдали вокруг, побеседовали со взрослыми и выяснили, что зеркала широко применяются в современном мире. (Приложение 10)
Зеркалами украшают интерьер.
Зеркала применяют в строительстве.
Зеркала применяют люди разных профессий: врач-стоматолог, окулист,
отоларинголог, водитель, парикмахер и др.
Зеркала необходимы в ателье, магазинах одежды, для приготовления и
хранения продуктов.
Зеркала применяются для развлечений, игр, игрушек. В цирке – фокусы с зеркалами, в Музее Эйнштейна – комната кривых зеркал, в скульптурах, в зеркальных фотоаппаратах.
Зеркала в качестве отражателей применяют в биноклях, телескопах, прожекторах, фарах, нагревателях и др.
Зеркала применяют для скрытного наблюдения за людьми.
Зеркала применяют военные и космонавты.
Зеркала применяют в выработке энергии (солнечные батареи).
Зеркало будущего.
Американские ученые придумали, как еще можно будет использовать зеркало в будущем. Они предложили уложить зеркальные элементы в дорожное покрытие. Такая дорога пригодится для электромобилей, которые буду заряжаться прямо во время движения по ней. (Приложение 11)
Выводы по II главе
Прочитав много литературы и извлекая информацию из интернета, узнал много интересного о зеркале. Зеркало обладает интересным свойством: оно выворачивает реальный мир наизнанку, о чём мы предположили в нашей гипотезе.
Проводя эксперименты и опыты, мы выявили свойства зеркала:
1. Зеркало отражает луч света.
2.Зеркало отражает все то, что находится перед ним. Но только не совсем точно, а меняя право налево и наоборот.
3.Зеркало имеет свойство многократно отражать предметы.
4.Зеркало отражает тепло.
Изучив свойства зеркал опытным путем, изготовили зеркало в домашних условиях. В процессе изготовления пришли к выводу, что лучший верхний слой для «домашнего» зеркала – обычное гладкое прозрачное стекло.
На основе полученных знаний разработали и изготовили модель игрушки- калейдоскопа. Хотя калейдоскоп довольно общеизвестен, мало кто подозревает, какое огромное число разнообразных фигур можно получить с его помощью.
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. Желательно, чтобы предметы, которыми заполняется калейдоскоп для создания узоров, были бы разными по величине и по весу.
Проанализировав использование зеркал, пришли к выводу, что зеркала широко используют в современном мире.
Говорят, что зеркала могут поведать о тех, кого отражают. У идеального, без единого пятнышка или пылинки зеркала хозяин - безусловный аккуратист, для него порядок – превыше всего.
Заключение
В ходе своей работы я выяснил, что зеркала играют важную роль в жизни человека, а в основе калейдоскопов, «дворцов миражей и иллюзий» лежит закон отражения света.
Благодаря свойствам отражения мы можем увидеть себя в зеркале. Причем если зеркало ровное, то наше изображение в нем будет неискаженным, но стоит изогнуть поверхность зеркала, как изображение предметов в нем приобретает невероятные очертания.
Все трюки, фокусы и иллюзии с использованием зеркал основаны на отражении предметов в зеркале.
Таким образом, использование закона отражения света позволяет людям не только развлекать друг друга, но и создавать много полезных и важных приборов.
В ходе своей работы я сделал маленький шаг в Зазеркалье, попытавшись объединить интересные факты о зеркалах из различных областей знаний.
В ходе работы над исследовательской работой узнал много нового.
Во-первых, узнал все об истории возникновения зеркал: как и когда они появились, как изменялись и как производят их сейчас.
Во-вторых, в ходе практических опытов определил свойства зеркал.
В-третьих, изучив свойства зеркал, изготовил в домашних условиях зеркало. Опытным путем определил, какой материал будет лучше пропускать свет и отражать его.
В-четвертых, самостоятельно изготовил калейдоскоп.
В-пятых, выяснил, где применяются зеркала в современном мире.
И, наконец, разработал правила пользования зеркалами.
И, самое главное, я доказал свою основную гипотезу: зеркала обладают разными свойствами и их можно изготовить в домашних условиях.
Возможно, в старших класса вернусь к теме зеркал и дополню свою работу новыми фактами и исследованиями. А также усложню калейдоскоп механизмами, чтобы он мигал и вращался в такт музыке на школьных дискотеках.