Принцип работы калейдоскопа в физике. Как устроен волшебный калейдоскоп? Зеркала в трубке

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".

У нас в России калейдоскоп появился в конце 18 века и изобрел его великий русский ученый М.В. Ломоносов, который восхищался красотой стекла и изучал различные способы его применения. В своей оде «О пользе стекла» он 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.

__
_

Считается, что калейдоскоп изобрел английский физик Дэвид Брюстер. 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.

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.

Здесь представлен старинный калейдоскоп, состоящий только лишь из двух зеркал. Угол между зеркалами можно было регулировать.

__
_

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. Калейдоскоп воспевали и в прозе, и в стихах!

Смотрю - и что же в моих глазах?
В фигурах разных и звездах
Сапфиры, яхонты, топазы,
И изумруды и алмазы,
И аметисты и жемчуг,
И перламутр - все вижу вдруг!
Лишь сделаю рукой движенье -
И новое в глазах явленье!
___

Почти сразу же после изобретения устройства началось практическое применение калейдоскопа. Им пользовались художники, создававшие декоративные узоры для тканей, обоев или ковров. Особенно значительные успехи в составлении узоров для тканей с помощью необычного инструмента приходятся на конец 19 и начало 20 веков. «Калейдоскопные» мотивы встречаются в работах русских и западно-европейских художников.

В наши дни изобретен прибор, с помощью которого можно фотографировать узоры калейдоскопа и, таким образом механически придумывать всевозможные орнаменты. Калейдоскоп создает узоры поразительной красоты, и, пожалуй, даже фантазии самых плодовитых художников не смогут соперничать с изобретательностью калейдоскопа.

Калейдоскоп – это устройство, очень похожее на подзорную трубу или телескоп. Устройство это снабжено зеркалами, поставленными под определённым углом (треугольной призмы). В одном из оснований призмы - двойное стеклянное дно, между стёклами насыпаны мелкие разноцветные предметы. В противоположном основании призмы - окуляр (рис.4).

При фиксированном положении калейдоскопа из предметов складывается картинка в «основном » треугольнике. Она многократно отражается в стенках‐зеркалах, и наблюдатель через окуляр видит симметрично‐правильный разноцветный узор. При повороте калейдоскопа предметы пересыпаются, возникает новый, но тоже правильный узор.

Важно, что видимая картина «устойчива », не изменяется при небольших шевелениях калейдоскопа. Чтобы узор был «устойчивым » и симметричным - лишь в этом случае устройство называют калейдоскопом, - для построения призмы подходят только три вида треугольников.

В самом распространённом типе калейдоскопов треугольник в сечении призмы - равносторонний, у которого углы равны 60°. Этот вариант удобен и с производственной точки зрения - все зеркала одинаковые

Если рассматривать призмы не только с треугольным основанием, то калейдоскоп можно построить и на основе многоугольников.

5. Изготовление калейдоскопа

Для изготовления калейдоскопа понадобятся: зеркальные поверхности (полоски зеркала, пластины из дисков, фольга и т.п.), скотч или клейкая лента, ткань (желательно белая не плотная) или матовая пластиковая плёнка, пластиковые диски (прозрачные), цилиндрические поверхности (втулка от бумажного полотенца, коробка от чипсов или ушных палочек и т.п.), мелкие разноцветные предметы (пуговицы, бисер, бусинки), цветная бумага для украшения, клей, ножницы (приложение 1).

Самая главная деталь калейдоскопа - зеркальная призма . Она может содержать разное количество зеркал. Грани призмы необходимо закрепить с помощью скотча. Удобнее всего мастерить призму с равносторонним треугольником в основании (конструкция получается жёсткой). Затем призму помещают в цилиндр, и фиксируют, уплотняя зазоры бумагой или любым другим материалом.

Концы цилиндра закрывают, с одной стороны окуляром, а с другой стороны помещают "узорную камеру"-между стеклами (прозрачным и матовым) помещают бусины и стекляшки, которые многократно отражаясь, дают неповторимые узоры.

Матовое стекло можно заменить неплотной тканью (её удобно крепить с помощью двухстороннего скотча к цилиндрической поверхности).

Выводы: Для того, чтобы узор в калейдоскопе был симметричный и четкий надо придерживаться следующих правил:

1. Два зеркала должны быть расположены под углом, делящим круг на целое количество частей.

2. Объект должен быть расположен непосредственно перед отражающими поверхностями.

3. Наполнитель для узорной камеры калейдоскопа, желательно подбирать разноцветный, не больших размеров и прозрачный.

4. Лучшая точка для наблюдения орнамента - максимально близкая к стыку зеркал.

5. Попадающие в пространство между двумя зеркалами объекты отражаются в них, отражаются их отражения и отражения их отражения, образуя симметричный круговой узор, оживающий при движении объектов относительно калейдоскопа.

Заключение

"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".

Калейдоскоп - это генератор положительного поля. Он способен создать настроение, разогнать тоску, улучшить самочувствие. Пятнадцать минут рассматривания картинок калейдоскопа сравнимы с пятью минутами здорового смеха. Калейдоскоп - это домашний терапевт.

Он помогает снять усталость зрительного нерва, что особенно важно в современном мире компьютеров и электроники. Калейдоскоп - такая полезная игрушка. Принцип её работы основан на свойствах зеркальной симметрии. Экспериментируя с зеркалами была доказано, что количество отражений объекта в зеркалах зависит от величины угла между ними: чем меньше угол, тем больше изображений.

Гипотеза подтвердилась. В процессе создания калейдоскопов было подмечено, что наиболее простым в изготовлении является калейдоскоп с зеркальной правильной треугольной призмой (в основании равносторонний треугольник).

Знания о зеркальной симметрии, полученные при работе над проектом дали ответ на многие вопросы связанные с этим явлением и его применением: понятна работа зеркального лабиринта, применение зеркал в интерьере - расширяет пространство, в создание различных симметрияных узоров, например – для обоев, ковров, тканей, ювелирных украшений используется зеркальная симметрия.

Практическая значимость:

Приобретен опыт применения математических знаний на практике.
Создан буклет с инструкцией по изготовлению калейдоскопа и объяснением принципа работы.
Получена возможность использования материалов исследования, компьютерной презентации на занятиях факультатива.

Источники информации

1. Калейдоскопы и группы отражений / Э. Б. Винберг. Математическое просвещение. Серия 3. 2003. Вып.7. с. 45-63.

2. Математика: Наглядная геометрия. 5-6 кл. : учебник / И.Ф. Шарыгин, Л. Н. Ернаджиева. - 2-е изд., стереотип. - М: Дрофа, 5015. -189 с.

3. Математическая составляющая / Редакторы-составители Н. Н. Андреев, С. П. Коновалов, Н. М. Панюнин. - М. : Фонд «Математические этюды », 2015. - 151 с.

Калейдоскоп возник на много лет раньше, чем телескоп. Хотя природа у них одна и та же. Калейдоскоп - это тоже оптический прибор в виде трубки, содержащей внутри три продольных, сложенных под углом зеркальных стекла. При поворачивании трубки продольной оси цветные элементы (осколки цветного стекла), находящиеся между зеркалами, отражаются и создают меняющиеся симметричные узоры.

В толковом словаре Даля калейдоскоп назван «узорником». А далее описывается его устройство: «это трубка с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорочною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки».

В основе действия калейдоскопа лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол.

Внутри цилиндрической трубки калейдоскопа, параллельно ее оси, расположены 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

Внутрь 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.

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.

Позднее изобретатели предложили проецировать узоры калейдоскопа на большой экран с помощью проекторов.

Знаете ли вы?

то такое анортоскоп?

Анортоскоп – оптический аппарат, показывающий особый род анаморфоз, был изобретен в 1828 году бельгийским физиком Жозефом Плато.

Анаморфозы - это искаженные изображения предметов, нарисованные так, что при рассматривании их с определенного места или с помощью оптического приспособления, они кажутся правильными и не искривленными.

Анортоскоп состоял из двух параллельно установленных дисков: первого - непрозрачного, помещённого впереди и имевшего отверстия-прорези, и второго - прозрачного, помещённого сзади, на котором был нанесен какой-либо искаженный рисунок. Диски приводились во вращение вокруг одной оси, но в противоположных направлениях и с различными скоростями. Прозрачный диск был освещен помещенной позади него свечкой. При быстром вращении дисков (более 7 раз в секунду) через прорези переднего диска можно было видеть уже неискаженный, т.е. правильный рисунок.

Вспоминаете что это такое? Да, да, это старый советский калейдоскоп. Уж не знаю, есть ли сейчас у детей такое чудо.

Калейдоскоп событий, калейдоскоп истории, события крутятся как в калейдоскопе… Такие привычные клише. А ведь в детстве при слове калейдоскоп возникала лишь одна простая ассоциация - игрушка. Вообще детские игрушки очень часто скрывают за собой долгую интересную историю, иногда игрушки становятся увлечением всей жизни. Взрослые нередко перенимают свои увлечения у детей. Так, кстати было с марками - почтовые марки сначала собирали дети и играли с ними как с фантиками, обменивались, хвастались. Теперь же всерьез собирают марки далеко не только дети, за марками охотятся, на них копят деньги долгие годы, кто-то готов отдать все за какой-нибудь особенно ценный экземпляр, иногда марка стоит коллекционеру жизни. Но не будем далеко отходить от предмета нашего сегодняшнего разговора. Вернемся к калейдоскопу.

Калейдоскоп возник гораздо раньше, чем серьезный инструмент для исследавания небесных светил телескоп. Хотя природа у них одна и та же.

А вообще-то - это оптический прибор в виде трубки, содержащей внутри три продольных, сложенных под углом зеркальных стекла. При поворачивании трубки продольной оси цветные элементы (осколки цветного стекла), находящиеся между зеркалами, отражаются и создают меняющиеся симметричные узоры.

Но если телескоп - это серьезно и для немногих, изучающих небо, то калейдоскоп - это развлечение. Вначале для элиты. Как же - стекло, а тем более зеркало стоило дорого и не могло быть развлечением для простолюдинов.

Появление витражей в храмах в середине 18 века стимулировало моду на невинное светское развлечение: стеклышки которые выстраиваются в красивые витражные фантазии.

Поражала необычайная гармония, повторяющиеся фрагменты, буйство красок. Мода на калейдоскопы с постояной периодичностью охватывала весь мир. И при всей неприхотливости конструкции люди увлекались этим нехитрым прибором.

Считается, что эту яркую и вроде бы простую, но завораживающую детскую игрушку придумал в 1816 году шотландский физик Сэр Давид Брюстер. Брюстер с самого детства интересовался свойствами стекла и света. В 10 лет он построил свой первый телескоп. Потом были годы учения в Университете Эдинбурга (кстати, Брюстер был вундеркиндом, студентом он стал в 12 лет), изучение оптики и физики света, множество научных открытий. Интересно, что Брюстер, человек поистине многогранный, едва не стал проповедником: помешала лишь природная скромность.

Выйдя на кафедру в первый раз, Брюстер буквально потерял голос и уже никогда не решился читать проповеди. Современники писали, что тот день был горем для Церкви и счастьем для науки. Наука действительно приобрела гения. Однако Брюстер - изобретатель двояковыпуклого стереоскопа, полигональных зеркал, поляриметра и конструктор линз для маяков - по иронии судьбы обрел славу через простую, казалось бы, детскую игрушку. Калейдоскоп принес Брюстеру славу первооткрывателя, но не принес ни копейки денег. Патент оформляли как-то слишком нерасторопно, и предприимчивые дельцы быстро освоили технологию и простые по своему исполнению игрушки появились во всех магазинах.

Изобретение Брюстера «раскрасило» жизнь - представители всех классов и сословий, независимо от возраста радостно наблюдали за причудливыми узорами, которые никогда не повторялись. Справедливости ради скажу, что Брюстер был человеком, которого любила фортуна - сорок лет он прожил в счастливом браке, был отцом четырех сыновей и двух дочерей. Кстати, младшая дочь родилась от второй жены (первая умерла, когда Брюстеру было 66 лет). Повторно женился сумасшедший счастливый гений уже в 75 лет. Отвлечемся на секундочку и добавим рассказу патриотизма. Говорят, что раньше Брюстера изобрели калейдоскопы в России. А сделал это никто иной, как Ломоносов, но Михайло Васильевичу не приходило в голову запатентовать «безделицу».

Калейдоскоп Девида Бюстера принс своему автору славу, но и только. Патент был оформлен слишком поздно, и за это время многие предприимчивые дельцы успели не только по достоинству оценить изобретение, но и перехватить эту новую потрясающую идею. Вскоре в магазинах всей страны появились эти простые по исполнению, но, на тот момент, совершенно оригинальные игрушки. Брызгами цветных осколков стекла, многократно отражённых зеркалами, калейдоскоп ворвался в монотонную жизнь всех обывателей того времени, независимо от возраста, класса и социального положения. Давать калейдоскоп в подарок стало доброй шотландской традицией.

Когда известие о чудном европейском изобретении докатилось до Америки, шел уже 1870 год. Американский ученый Чарльз Буш, к которому попал один из привезенных из Европы калейдоскопов, необычайно заинтересовался новой "игрушкой". На протяжении многих лет он создавал и модернизировал калейдоскопы, пробовал изменять их форму, наклон зеркал, содержимое. Именно Чарльз Буш создал первый "кабинетный калейдоскоп" - трубу из черного плотного картона, с бронзовым поворотным колечком на конце, подвижно закрепленную на красивой деревянной подставке.

Калейдоскоп не просто игрушка. Чем больше я узнавала о нем, тем больше понимала, что калейдоскоп это философия. Да-да, именно так. Вы знаете, с чем непременно сравнивают калейдоскоп, и сравнению этому посвящают целые научные труды? С мандалой. 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. Традиционные цвета, используемые в калейдоскопах, отвечают за определенные участки в чакрах и теле человека. Мэрил Батлер добавила еще четыре цвета, которые традиционно отвечают за женское начало (серебряный), мужское начало (золотой), перерождение (фуксия) и любовь (розовый). Упражнения с чакроскопом, по мнению Батлер, позволяют человеку открыть свое «внутренне зрение».

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.

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.

У калейдоскопа множество поклонников: и дети, которые разглядывают узоры, в качестве забавы, и художники, которые создают сложнейшие и красивейшие узоры, просчитывают невероятные композиции, подбирают материалы, инженеры, коллекционеры, врачи и философы. За рубежом, калейдоскопы стали столь популярны, что в 1986 году Коузи Бейкер создала специальное общество, объединившее всех коллекционеров и профессионалов, художников и теоретиков, производителей и покупателей - Brewster Kaleidoscope Society.

Пожалуй, невозможно охватить все то, чем занимается общество, это свой отдельный, огромный мир - мир людей, ушедших за игрой цвета и форм. Кстати о формах, существует несколько типов калейдоскопов. Собственно классический калейдоскоп: система зеркал, в которой отражаются разноцветные кусочки стекла. Телейдоскоп - вместо пересыпающейся мишуры в телейдоскопе стоит обычная линза, а мозаика состоит из предметов окружающего мира. Гибрид калейдоскопа и телейдоскопа - картинка состоит и из стекла и из предметов окружающего мира. Параскоп, в котором можно наблюдать объемную картинку. И масляный калейдоскоп, где вместо кусочков стекла - трубка, заполненная маслянистой жидкостью с разнообразными кристалликами.

Пожалуй, чаще всего, мы знакомы с калейдоскопом, представляющим из себя пластмассовую или металлическую трубку с ободом на конце, но на самом деле форм и видов калейдоскопов множество, некоторые из них - настоящие произведения искусства.

А вот самый большой в мире калейдоскоп построили в Японии в 2005 году во время выставки ЭКСПО. В павильоне в Нагое построили Башню Земли. По стенам этой трехгранной башни 47 метров в высоту сверху вниз стекала вода, образуя различные узоры, в зависимости от направления солнечных лучей. В местах соединения стен башни выходили струи воздуха, имитирующие ветер. В павильоне раздавались мелодичные звуки, которые исходили от трех ветряных мельниц, установленных рядом с башней. Внутри башни располагался самый большой в мире калейдоскоп.

У классического калейдоскопа имеется большое число моделий. Они возникли в позапрошлом столетии. Афанеидоскоп, дебускоп и типоскоп - вот лишь малый список наименований родных «братьев» калейдоскопа. Несмотря на кажущуюся простоту игрушки, многие изобретатели до сих пор ее усовершенствуют, внося в простую конструкцию что-то свое. Наши соотечественники также запатентовали ряд изобретений в области созданий калейдоскопов. .

За рубежом производство калейдоскопов превратилось в самостоятельный вид искусства. В 1986 году было создано общество любителей калейдоскопов «Brewster Kaleidoscope Society». В России похожей организации пока нет.

Очень поэтично назван калейдоскоп в «Толковом словаре» В.Даля: «Узорник - это трубка, с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки » (http://www.dict.t-mm.ru/dal/k/kale.html )

Как же сделан калейдоскоп? Что же там такое внутри, что позволяет видеть столь много узоров, которые никогда не повторяются? Это только некоторые вопросы, которые возникают, как только Вам в руки попадает калейдоскоп. Приоткроем завесу тайны над устройством этой игрушки.

Калейдоскоп — это источник вдохновения. Когда видишь бесконечно складывающиеся узоры, понимаешь, что мир безграничен, как безгранична человеческая фантазия.

Калейдоскоп — это генератор положительного поля. Он способен создать настроение, разогнать тоску, улучшить самочувствие. 15 минут рассматривания картинок калейдоскопа сравнимы с 5 минутами здорового смеха.

Калейдоскоп — это домашний терапевт. Он помогает снять усталость зрительного нерва, что особенно важно в современном мире компьютеров и электроники. А еще он улучшает тонус при болезни и ускоряет процесс выздоровления

Люди, взявшие его в руки, не расстаются с ним. 25 узорообразующих элементов не повторяются в течение 500 млн. лет.

источники:
http://macrame-clot-25.ucoz.ru/publ/istorija_pojavlenija_veshhej/istorija_kalejdoskopa/6-1-0-164
http://evolutsia.com/content/view/1565/83/

Еще из истории кто пропустил: и

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

У меня есть младший брат. Я долго думал, что я могу сделать для него приятное. Наконец-то я остановился на такой простой и одновременно завораживающей вещи, как калейдоскоп.

Калейдоскоп не просто детская игрушка, он также применяется в работах дизайнеров для создания новых рисунков тканей, обоев, в ковроткачестве.

Медики отмечают мощный психотерапевтический эффект калейдоскопа. Он способствует глубокой релаксации, стимулирует в головном мозге зону принятия решений, память и внимание.

Но всех интересует следующий вопрос: «Как сделать калейдоскоп?».

В этом и заключается актуальность выбранной темы.

Цель работы : изготовить калейдоскоп из доступных материалов.

Задачи работы : изучить и проанализировать литературу, изучить принцип действия калейдоскопа, ознакомиться с устройством калейдоскопа, исследовать зависимость количества изображений от величины угла между плоскими зеркалами, подготовить материалы и изготовить калейдоскоп.

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

Объект: два плоских зеркала.

Предмет: отражение света.

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

Глава 1. Что такое калейдоскоп

1.1 Немного истории

Калейдоскоп был изобретен сэром Дэвидом Брюстером в 1816 году и запатентован в следующем 1817-ом. Устройство использует особеннности формирования изображений комбинированных наклонных зеркал. В зависимости от количества зеркал и угла между ними, калейдоскоп будет формировать несколько симметричных узоров.

С момента своего появления, калейдоскоп позиционировался, в первую очередь, как игрушка, но и практическое применение также нашел.

1.2 Устройство и принцип работы

Калейдоскоп - это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол (рисунок 1).

Рисунок1 - Угол падения равен углу отражения

Простой калейдоскоп состоит из двух тонких клиновидных зеркальных полос, закрепленных на общем ребре, или из одного листа зеркального алюминия, согнутого под углом 45 или 60 градусов. Зеркала, помещены в трубку со смотровым глазком на одном конце. На другом конце находится плоская камера, которую можно вращать.

Камера изготавливается из двух стеклянных дисков, нижний диск служит в качестве рассеивающего экрана. В камеру помещают кусочки из цветного стекла или бусины. При повороте или встряхивании, кусочки внутри камеры падают в различных положениях и освещаются естественным или искусственным светом через рассеивающий экран. При этом возможны от шести до восьми различных симметричных изображений. Количество комбинаций и узоров, при этом практически бесконечно (рисунок 2).

Рисунок 2 - Устройство камеры

1.3 Разновидности калейдоскопов

Существует пять различных типов калейдоскопов:

1.Камерный калейдоскоп имеет закрытую полость со свободно падающими цветными камнями, кусочками стекла, бисера или другими объектами (рисунок 3).

Рисунок 3 - Камерный калейдоскоп

2. У жидкого калейдоскопа камера заполнена, как правило, глицерином, в котором взвешены кусочки стекла и прочее (рисунок 4).

Рисунок 4 - Жидкий калейдоскоп

3. Колесный калейдоскоп оснащен одним или несколькими колесами в конце смотровой трубы. 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 (рисунок 5).

Рисунок 5 - Колесный калейдоскоп

4. Содержимое камеры может изменяться, и есть возможность экспериментировать с собственным набором цветов и объектов.

Рисунок 6 - Многоразовый калейдоскоп со съемной камерой

5. Телейдоскоп использует зеркала и линзы таким образом, чтобы все рассматриваемые изображения только многократно умножались.

Рисунок 7- Телейдоскоп

Глава 2. Изготовление калейдоскопа

2.1. Описание и чертёж 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. (Рисунок 8) .

Рисунок 8- Чертёж

2.3 Технологическая карта на изготовление калейдоскопа

Нами была разработана технологическая карта изготовления калейдоскопа, которая представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Технологическая карта

Наименование операций, переходов	Фото операций	Инструменты, материалы.
Что нам понадобится для того, чтобы сделать калейдоскоп.		Банка из-под картофельных чипсов, шило, ножницы, скотч, коробка из-под сока, карандаш с линейкой, прозрачная пленка и цветные кусочки (стёклышки, бисер, пуговки и т.д.).
Сначала вырезаем три полосы из коробки из-под сока длиной на 1-2 см короче трубы калейдоскопа. В нашем случае это 6,5 см х 20,5 см.		Коробка из-под сока, карандаш, линейка, ножницы.
Затем просто сгибаем полосы и склеиваем их скотчем, и наша полая призма готова. Помещаем получившуюся призму в трубу калейдоскопа.		Скотч, полосы, труба калейдоскопа.
Теперь нам нужно сделать отверстие в центре нижней части банки при помощи шила и расширить его до 1,5 см в диаметре толстой отверткой или чем-нибудь другим, подходящим для этих целей. Это будет глазок калейдоскопа, важно, чтобы не было острых краев! Кстати, уже проявляется зеркальность. Сколько отверстий вы здесь видите?		Банка калейдоскопа, шило, толстая отвёртка.
Вырезаем прозрачный диск из пластмассы и кладём его на призму, которая находится в банке.		Пластмасса, ножницы.
Выходим на финишную прямую! Помещаем цветные кусочки на призму с пленкой. Теперь мы прикладываем вощёную бумагу к крышке. Закрываем этой крышкой наш калейдоскоп и прибор готов!		Цветные кусочки, вощёная бумага, крышка.
Осталось лишь украсить наш калейдоскоп.		Цветная бумага, ножницы, скотч.

Вот какие узоры у нас получились (рисунок8):

Рисунок 8 - Узоры

Заключение

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. Я изучил и проанализировал литературу, нашёл много информации по темам «Калейдоскопы», «Зеркала» и изучил принцип действия калейдоскопа, ознакомился с устройством калейдоскопа. Затем я подготовил материалы и изготовил калейдоскоп. С помощью руководителя создана «Технологическая карта изготовления изделия».

Мою работу можно использовать в качестве дополнительной материала при изучении раздела физики «Оптика».

Калейдоскоп для меня стал предметом любознательности, а сделанный своими руками - предметом гордости! Я подарю этот необычный подарок своему брату на Новый год, и я думаю, что он очень удивится. Я уже испробовал этот интересный прибор на себе, советую и вам сделать, ведь калейдоскоп не очень сложен в создании, и так интересен на практике!

Список использованных источников и литературы

http://kalser.ru/experiences/%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%B9%D0%B4%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF

http://www.rowles.ca/art.php?artist=164&art=1712

3.Тарасов Б. В. Самоделки школьника. - М.: Просвещение, 1977. - С. 39-42.4. Рабиза Ф. Коллекция ускользающих узоров. Большой калейдоскоп // Наука и жизнь. - 1999. - №11. - Режим доступа: http://www.nkj.ru/archive/articles/9935/

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