Изготовление калейдоскопа

Городской конкурс исследовательских работ «Я – исследователь»

Секция: техническое творчество

Название работы:

«Изготовление калейдоскопа»

Автор работы:

Пинемасов Дмитрий Иванович

г.о. Тольятти

МБУ лицей № 67

1 класс

Научный руководитель:

Матюшкина Наталья Викторовна

учитель начальных классов

МБУ лицей № 67

г. Тольятти

        2016

Содержание работы:

1. Введение._________________________________________________ Стр. 3

1. Аннотация______________________________________________Стр. 3
2. Обоснование актуальности проекта_________________________Стр. 3

2. Основное содержание.______________________________________Стр. 5

1. Что такое калейдоскоп, история его возникновения ___________Стр. 5
2. Как самостоятельно изготовить миниатюрный калейдоскоп. Материалы и изготовление _______________________________Стр. 8
3. Как работает калейдоскоп? ______________________________ Стр. 10

3. Заключение. _____________________________________________ Стр. 12
4. Список использованной литературы.  ______________________Стр. 13
5. Приложение.  _____________________________________________Стр. 14

1. Введение.

1.1. Аннотация.

В современном мире много всяких диковинок и новинок, сделанных руками человека. Можно пойти в любой гипермаркет и купить понравившуюся игрушку. Но, как приятно, когда игрушка сделана своими руками. Сколько радости, удовольствия и удовлетворения она доставляет ребёнку. А если изделие ещё и приносит пользу обладателю, тогда реализуются все потенциальные способности ребёнка, его универсальные учебные действия.

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?

1.2. Обоснование актуальности проекта.

Цель  работы:

 Узнать, как можно самим смастерить калейдоскоп, изготовить калейдоскоп, который работает при использовании.

Задачи:

1. Узнать, что такое калейдоскоп и как он появился.
2. Изготовить  миниатюрный калейдоскоп  из подручных материалов.
3. Развить свои творческие и познавательные способности, научиться наблюдать красоту окружающего мира и запечатлевать её в декорации и в работе калейдоскопа в домашних условиях.

План работы:  

1. Найти информацию о том, что такое калейдоскоп и об истории его возникновения.
2. Узнать, как можно самим сделать миниатюрный калейдоскоп.
3. Выбрать материалы для изготовления калейдоскопа и изготовить его в домашних условиях.
4. Узнать, как правильно работает калейдоскоп и  попробовать его запустить.
5. Сделать выводы.

2. Основное содержание.

1.  Что такое калейдоскоп.  История возникновения калейдоскопа. 

Калейдоскоп – это проводник в особый мир. Повернув его, можно увидеть удивительные узоры, каждый раз непохожие на те, что видел раньше. Образы внутри калейдоскопа фантастичны, хотя и созданы всего лишь игрой света в осколках стекла. 

Слово «калейдоскоп» происходит от греческих слов: kalos – красивый, eidos – вид и skopeo – смотрю, наблюдаю. В  России калейдоскоп называли трубкой, "показывающей красивые виды". А Владимир Даль в своём «Толковом словаре» назвал его очень поэтично: «Узорник – это трубка, с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорочною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки».

Калейдоскоп представляет собой оптический прибор в виде зрительной трубки с вставленными в неё под известным углом друг к другу зеркальными стёклами и положенными между ними цветными стёклышками, отрезками цветной бумаги, бисером и т. п., которые при поворачивании прибора отражаются в зеркалах и создают разнообразные красивые симметричные узоры.

Официальным изобретателем этого прибора считается шотландский физик Дэвид Брюстер (1781–1868), который придумал его в 1816 году и запатентовал.  Брюстер с самого детства интересовался свойствами стекла и света. Он был вундеркиндом: в 10 лет он построил свой первый телескоп, а студентом стал в 12 лет (учился в университете г. Эдинбург). Когда Брюстер проводил эксперименты по поляризации света, он  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. Первоначально калейдоскоп создавался Брюстером как научный прибор, но получил широкое признание и популярность  как игрушка.

Калейдоскопом сразу увлеклась вся Западная Европа. Быстро о нём узнали и в России. Калейдоскоп  стал настолько популярен, что его воспевали и в прозе, и в стихах!

А вот до Америки известие о чудном европейском изобретении докатилось лишь к 1870 году. Американский ученый Чарльз Буш очень 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", который состоял из  продолговатого цилиндра, установленного на деревянный штатив. Цилиндр мог поворачиваться на 360 градусов, и имел на конце медный барабан. 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.

Почти сразу же  после изобретения устройства началось практическое применение калейдоскопа. Им пользовались художники, создававшие декоративные узоры для тканей, ковров, обоев, керамики.

Также многообразие постоянно меняющихся картин очень хорошо стимулирует мозг, активизирует творческий потенциал человека.

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.

Калейдоскопы стали использовать даже в медицине. Считается, что разглядывание узоров в калейдоскопе, успокаивает нервы, снимает напряжение и улучшить самочувствие. 15 минут рассматривания картинок калейдоскопа сравнимы с 5 минутами здорового смеха. А ещё он помогает снять усталость зрительного нерва, что особенно важно в современном мире компьютеров и электроники.

За рубежом, калейдоскопы стали столь популярны, что в 1986 году было создано специальное общество любителей калейдоскопов «Brewster Kaleidoscope Society», объединившее всех коллекционеров и профессионалов, художников и теоретиков, производителей и покупателей.

Несмотря на незатейливость этой игрушки, многие изобретатели до сих пор её усовершенствуют, внося в конструкцию что-то своё. В 20 веке был  изобретён прибор,  с помощью которого можно было   фотографировать   узоры калейдоскопа. А в настоящее время, в век компьютеризации, уже существуют  многочисленные компьютерные программы – симуляторы калейдоскопов. Это широко используется фотографами, дизайнерами в киноиндустрии, рекламе и других областях.

Существенным недостатком калейдоскопа было то, что любоваться узорами, создаваемыми разноцветными стёклышками, может лишь один человек. Но позднее изобретатели предложили проецировать узоры калейдоскопа на большой экран с помощью проекторов, чтобы просматривать могли сразу все желающие.

Существуют различные виды калейдоскопов:

-  классический, в котором узоры создаются из кусочков стекла и бусинок;

- гелевый (или масляный), в котором узоры образуются из жидкого вещества;

- колёсный – в нём к торцу трубки прикреплены колесики, которые и создают узоры;

- талейдоскопы (или теледоскопы) – где применяется традиционная оптическая схема, но нет цветной засыпки, а узоры создаются из отражения частичек окружающего нас мира;

- пневматически, который имел внутри вместо обычных цветных стекляшек разноцветные перышки. К калейдоскопу была присоединена "груша", с помощью которой в калейдоскоп накачивается воздух. Перышки хаотично вращаются, создавая чудесную картинку.

Есть калейдоскопы как произведения искусства, украшенные драгоценными камнями, миниатюрные и гигантские. Например, в Японии в 2005 году во время всемирной выставки ЭКСПО был представлен публике грандиозный оптический аттракцион. 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. Внутри башни располагался самый большой в мире калейдоскоп. Зрители могли из вестибюля (диаметром больше 40 метров)  наблюдать над головой впечатляющие узоры на круглом потолке. По периметру башни были выставлены вкруговую  три огромные   зеркальные  панели. Проникающие   через окна башни солнечные  лучи    падали  на вращающиеся  большие  колеса из цветного стекла  и  создавали  постоянно обновляющиеся многоцветные картины. 

2. Как самостоятельно изготовить калейдоскоп. Материалы и изготовление.

Классический калейдоскоп можно изготовить в домашних условиях.

Для изготовления калейдоскопа понадобится:

1. плотная картонная трубка (например, рулон от кухонных бумажных полотенец или фольги) (Приложение 1);
2. картон с  зеркальной поверхностью (если нет зеркального картона можно использовать картон чёрного цвета, а для  создания эффекта зеркальной поверхности наклеить на чёрную сторону скотч. Или же использовать  компакт-диски) (Приложение 2);
3. наполнитель (различные разноцветные бусины, бисер, пайетки, конфетти, камешки, кусочки разноцветной пластмассы, перышки и др.) (Приложение 3);
4. плотная прозрачная пленка (или прозрачные пластиковые диски, 3 шт.) (Приложение 4);
5. линейка, карандаш;
6. ножницы;
7. клей или клеевой карандаш;
8. пергамент (калька);
9. скотч;
10. цветная бумага для украшения (Приложение 5).

Этапы изготовления:

1. Из зеркального картона вырезать три прямоугольные полосы. Длина полосы должна быть примерно на 1,5-2 см меньше длины картонной трубки. Ширина полосы определяется исходя из диаметра трубки. Для этого надо обвести окружность трубки и начертите с помощью транспортира схему (Приложение 6). Длина стороны получившегося треугольника и будет шириной для зеркальной полосы. (Приложение 7)
2. Три  получившиеся полосы сложить на столе почти вплотную длинными сторонами друг к другу  и блестящей стороной вниз. Места стыков скрепить скотчем.  Свернуть зеркальные полосы так, чтобы образовалась трехгранная призма зеркальными поверхностями вовнутрь.  (Приложение 8).
3. Поместить призму внутрь трубки (Приложение 9) таким образом, чтобы с одной стороны их края совпали. Если призма внутри трубки  располагается достаточно свободно и бьётся о стенки,  то для  фиксации призмы необходимо заполнить пространство между призмой и трубкой каким-нибудь  наполнителем (например, ватой или салфетками).  (Приложение 10).
4. Вырезать из прозрачного пластика  три круга диаметром, равным диаметром трубы. Один круг сделать матовым, приклеив на него пергамент. (Приложение 11).
5. Положить один прозрачный круг на призму внутри трубки (с той стороны калейдоскопа, где трубка выше призмы) и закрепить. Насыпать наполнитель на прозрачный круг (разноцветные бусинки, бисер и прочие), сверху положить матовый круг и закрепить. При желании матовый круг можно сделать в виде съёмной крышки, чтобы иметь возможность менять наполнитель.  (Приложение 12).
6.  Вырезать из картона круг диаметром, равным диаметру трубки. Сделать в центре отверстие диаметром  примерно 1 см. Наклеить с другой стороны калейдоскопа один круг из прозрачного пластика, а сверху круг из картона.  (Приложение 13).
7. Украсить внешнюю сторону калейдоскопа по желанию цветной бумагой или картинками.  Калейдоскоп готов для использования.  (Приложение 14).

3. Как работает калейдоскоп?

Калейдоскоп – это оптический прибор-трубка, внутри которой находится система зеркал и цветные стёклышки, образующие  симметрично расположенные, красивые цветные узоры, форма которых меняется при вращении калейдоскопа. В основе действия калейдоскопа лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол. Этот прибор использует особенности формирования изображений  в наклонных зеркалах. В зависимости от количества зеркал (минимум 2 и до 4-х или более) и угла между ними, калейдоскоп будет формировать несколько симметричных узоров. Различное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений одного предмета. При углах между зеркалами в  45° получается 8 изображений, при  60° — 6 изображений,   при 90° — 4 изображения.

Один конец трубки закрыт матовым стеклом, а с другого конца отверстие малого диаметра закрыто прозрачным стеклом. Человек смотрит в один конец трубки, свет проходит сквозь противоположное отверстие и отражается от системы зеркал, за счет этого и видны симметрично расположенные узоры.   (Приложение 15).

Узоры в калейдоскопе  практически никогда не повторяются. В популярной книге  Я.И. Перельмана «Занимательная физика» сказано: «…Допустим, вы держите в руках калейдоскоп с 20 стеклышками и 10 раз в минуту поворачиваете его, чтобы получить новое расположение отражающихся стеклышек… Океаны высохнут и горные цепи сотрутся, прежде чем будут исчерпаны все узоры… потому что для осуществления всех их понадобится по крайней мере 500 миллиардов лет…».

3. Заключение.

1. Мы пополнили свои знания, изучая,  что такое калейдоскоп и как появились первые калейдоскопы.
2. Самостоятельно изготавливая калейдоскоп, мы  развивали свои творческие и познавательные способности.
3. Изготавливая калейдоскоп,  мы учились наблюдать красоту окружающего мира,  экспериментировать, открывать новые возможности для творчества в декорировании и радоваться работе калейдоскопа.

4. Список используемых источников и литературы.

1. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. М., «Наука», 1986, с.142.
2. Рабиза Ф. Коллекция ускользающих узоров. Большой  калейдоскоп, «Наука и жизнь», 1999, № 11.
3. Тарасов Б.В. Самоделки школьника. М., «Просвещение», 1977, с.40-42.

В работе также использованы материалы с интернет-сайтов:

4. http://class-fizika.narod.ru/caled1.htm
5. http://macrame-clot-25.ucoz.ru/publ/istorija_pojavlenija_veshhej/istorija_kalejdoskopa/6-1-0-164
6. http://kalser.ru/
7. http://delaempodarok.ru/rebenku/kak-sdelat-kalejdoskop.html
8. http://naukam.ucoz.ru/publ/tekhnicheskie/zerkala/2-1-0-44
9. http://compress.ru/article.aspx?id=16757

5. Приложение.

Приложение 1. Плотная картонная трубка.

Приложение 2. Картон с зеркальной поверхностью.

Приложение 3. Наполнитель.

Приложение 4. Плотная прозрачная плёнка.

Приложение 5. Линейка, карандаш, ножницы, клей, пергамент, скотч, цветная бумага.

Приложение 6.  Схема нахождение ширины зеркальной полосы.                            

Приложение 7.  Фотография нахождения ширины зеркальной полосы.

Приложение 8. Трёхгранная призма из зеркальной полосы.

Приложение 9.  Схема положения призмы в цилиндре.

Приложение 10. Фотография положения призмы в цилиндре.

Приложение 11. Один матовый круг и два прозрачных круга из пластика.

Приложение 12.  Положить прозрачный круг на призму внутри трубки, закрепить. Насыпать наполнитель.

Приложение 13. Наклеить с другой стороны круг из прозрачного пластика, сверху из картона.

Приложение 14.  Украшаем калейдоскоп.

Приложение 15.  Калейдоскоп (вид сбоку).

Смотрим: