Статья погружает нас в увлекательный, сказочный мир с чудесными симметричными узорами калейдоскопа. На основе исторических, теоретических и практических исследований раскрывает принцип работы калейдоскопа.
Ключевые слова: калейдоскоп, зеркальная призма, оптический прибор, отражение света.
Моей младшей сестре подарили калейдоскоп. Когда я увидела эти разноцветные узоры, мне стало интересно, из чего он сделан. Я стала искать информацию в интернете и энциклопедиях и узнала, что сейчас такие красивые симметричные узоры можно создать с помощью компьютерных программ. А также я узнала, что калейдоскоп — это не просто игрушка. Этот прибор нашел широкое применение в разных научных областях: в педагогике, медицине, в дизайне. Мне захотелось узнать секрет калейдоскопа. Как из обычных стекляшек получаются такие красивые, необычные, замысловатые узоры? Почему узоры никогда не повторяются? В чем заключается секрет стеклянной призмы? И можно ли сделать калейдоскоп своими руками? Чтобы ответить на все эти вопросы, я решила провести исследования.
Проблема заключается в том, что современные дети большую часть времени проводят за компьютерными играми и перед телевизором.
Я считаю, что изготавливать калейдоскоп своими руками не только полезно, потому что используешь знания математики и физики, учишься работать с разными инструментами, но и очень интересно и увлекательно, так как ты сам смастерил себе почти настоящий калейдоскоп.
Этот материал можно использовать на уроках окружающего мира, истории, труда, для проведения внеклассных мероприятий, в группах продленного дня.
Актуальность работы в том, что она имеет большое практическое значение.
Целью работы являлось познакомить с историей калейдоскопа и изучить процесс создания зеркальной призмы.
В ходе работы решались следующие задачи:
— Изучить историю возникновения и создания калейдоскопа.
— Выяснить, какие физические явления используются в калейдоскопах.
— Изготовить собственный калейдоскоп.
Калейдоскоп — это оптический прибор в виде трубки, содержащей внутри несколько сложенных под углом зеркальных стекол. При поворачивании трубки цветные элементы (например, осколки цветного стекла), находящиеся между зеркалами, многократно отражаются и создают причудливые меняющиеся симметричные узоры.
Название этого прибора образовали три греческих слова «kalos» — «красивый», «eidos» — «вид», а также «skopeo», означающее «смотрю».
Дэвид Брюстер — физик из Шотландии, запатентовал это изобретение в 1816 году. Дэвид Брюстер, изучая оптические приборы обратил внимание, что осколки стекла, помещённые 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.
В России калейдоскоп появился в конце 18 века и изобрел его великий русский ученый Михаил Ломоносов, который восхищался красотой стекла и изучал различные способы его применения. Три его калейдоскопа в настоящее время хранятся в Эрмитаже.
Несмотря на незатейливость игрушки, многие изобретатели до сих пор её усовершенствуют, внося в простую конструкцию что-то своё.
За рубежом изготовление калейдоскопов превратилось в самостоятельный вид искусства. В 1986 году было создано общество любителей калейдоскопов «Brewster Kaleidoscope Society».
В 2005 году в Японии на выставке «Экспо» был выстроен целый павильон размером с пятидесятиметровую башню, попав внутрь которого, можно было ощутить себя внутри калейдоскопа.
Мы узнали, что в основе работы калейдоскопа лежит отражение в зеркалах. Наш глаз, чтобы видеть, использует свойство световых лучей возвращаться обратно при столкновении с непрозрачным предметом. Мы видим все, на что падает свет, потому что наш глаз воспринимает лучи, отраженные от предметов.
И если лучи отражены без помех, возникают изображения, идентичные реальным. Мы видим предметы только тогда, когда свет падает на них и отражаясь, достигает наших глаз. Зеркало отражает луч прямолинейно, то есть с тем же углом, под которым он упал на зеркало. Зеркала отражают свет и воспроизводят изображение того, что перед ним находится. Изображение в плоском зеркале мнимое («за зеркалом»), прямое (неперевернутое), в натуральную величину и расположено симметрично источнику относительно плоскости зеркала.
Большинство зеркал изготавливается из очень гладкого стекла, покрытого с обратной стороны тонким слоем хорошо отражающего металла, поэтому практически весь падающий на зеркало свет отражается в одном направлении. Любые другие гладкие поверхности (полированные, лакированные, спокойная водная поверхность) тоже могут дать зеркальное отражение. Если гладкая поверхность еще и прозрачная, то лишь небольшая часть света отразится, и изображение не будет столь ярким.
Калейдоскоп — это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол. Самая главная деталь калейдоскопа — трехгранная зеркальная призма. Внутри калейдоскоп может стоять от 2-х до 4-х зеркал или более. Зеркала располагают так, что они образуют между собой угол. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений одного предмета: при углах между зеркалами в 90° — 4 изображения, при 60° — 6 изображений, при 45° — 8 изображений.
Призма помещается в трубку. Внутри трубки между зеркалами помещают хотя бы несколько кусочков цветного стекла. Предметы, которыми заполняется калейдоскоп для создания узоров, должны быть 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. 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.
Почти сразу же после изобретения устройства началось практическое применение калейдоскопа. Им пользовались художники, создававшие декоративные узоры для тканей, обоев или ковров. Калейдоскопы используют и в медицине. Разглядывание узоров в калейдоскопе, успокаивает нервы, снимает напряжение и стресс. 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.
Из истории создания калейдоскопа мы выяснили, что главную роль играет закон отражения в зеркале.
В ходе экспериментов сзеркалами мы сделали вывод, что зеркала отражают предметы. Также из опыта стало понятно, что чем меньше расстояние между зеркалами, тем больше возникает отражений.
Заменив предметы рисунком и поменяв угол, мы получили симметричный узор.
Таким образом, мы экспериментально увидели, как работают зеркала в калейдоскопе.
После этого мы приступили к созданию своего калейдоскопа.
Схематический рисунок калейдоскопа выглядит так:
Мы сделали 3 калейдоскопа, использовали разные материалы для создания зеркальной призмы.
В первый раз мы использовали cd-диски, у которых хорошая зеркальная поверхность. И хотя в них отражение получается четкое, работать с таким материалом тяжело, он хрупок при вырезании и сложно соединить детали между собой.
Во второй раз мы использовали черный картон обтянутый скотчем и получили значительно хуже картинку при отражении бусин.
В третий раз мы обтянули картон фольгой и сверху скотчем. Получили хорошее отражение и удобное использование в работе такой образец.
Этапы создания калейдоскопа
1 этап. Трубка для основы калейдоскопа.
Тут мы тоже проводили эксперименты, использовали пластиковую тонкую трубку, трубку из плотной бумаги, в итоге взяли тубус от фольги. Разрезали на 2 части, одна длинная и вторая короткая
2 этап. Создание зеркальной призмы.
Мы измерили диаметр трубки, расчертили треугольник, чтобы понять какая ширина должна быть у зеркальной призмы.
После этого вырезали 3 призмы из картона, обтянули их фольгой и сверху скотчем. Затем между собой соединили три части так же скотчем, чтобы можно было собрать их в призму.
3 этап. Создание элемента с цветным наполнителем.
По схеме это элемент, у которого с одной стороны прозрачное стекло, с другой матовое, между ними цветные элементы (бисер, стеклярус и пр.) Мы вырезали из тетрадной обложки круг диметром с тубус и приклеили к короткому элементу. Засыпали бисер и бусинки и, с другой стороны, приклеили круг из зеленого файла. Использовали клей-момент для точной склейки разных материалов.
4 этап. Соединить все детали и украсить.
Вставили призму в тубус, соединили элемент с цветными наполнителями с помощью скотча, снаружи приклеили цветную бумагу и украсили фломастерами. Получился очень красивый калейдоскоп.
Вывод можно сделать следующий, что создавать калейдоскоп своими руками не только интересно, но и полезно. Хотя это долгий и трудоёмкий процесс, но он многому может научить. Он помогает развивать знания, воображение, учит быть терпеливым, усидчивым и последовательным.
Приоткрыв некоторые секреты в создании калейдоскопа и проведя мастер-класс одноклассникам, я заинтересовала их, и теперь каждый из них может, приложив немного усилий и терпения, создать свой собственный калейдоскоп. И, как выяснилось, создавать игрушки собственными руками и играть в них, намного интереснее, чем сидеть в телефоне или за компьютерными играми.
Литература:
- Перельман Я. И. Занимательная физика — Москва: Издательство АСТ, 2016
- Большая книга экспериментов для школьников, перевод Мотылевой Э. И. — ООО «Издательство «РСОМЭН-ПРЕСС», 2004
- Мохов Д. А. Простая наука. Увлекательные опыты для детей», книга третья — Издательство ООО «Простая наука», 2014
- https://idea.vrnlib.ru/
