Практико-ориентированный проект «Глаз» субмарины

Муниципальная научно-практическая конференция

«Человек, природа, общество»

Практико-ориентированный проект

«Глаз» субмарины

Автор: Гордиенко Михаил Алексеевич,

ученик 8 «Б» класса,

 МОАУ СОШ №2

Руководитель проектной работы: Долудина Елена Анатольевна

учитель физики, информатики,

МОАУ СОШ №2

г. Шимановска

 2019

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................3

ГЛАВА 1. История создания перископов .............................................5

ГЛАВА 2. Физические законы, лежащие в основе работы

перископа ..............................................................................7

2.1. Геометрическая оптика......................................................................7

2.2. Законы отражения света....................................................................7

2.3. Законы распространения лучей........................................................8

2.4. Плоское зеркало.................................................................................9

ГЛАВА 3. Изготовление перископа в домашних

 условиях..............................................................................10

ГЛАВА 4. Возможности применения перископических систем

 в различных областях ...........................................................................12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................14

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................15

ВВЕДЕНИЕ

Самые яркие и самые красивые явления природы, с которыми человек знакомится в своей жизни, - световые. Это и пёстрые блики солнечных зайчиков, радужная окраска мыльных пузырей, неповторимые краски на восходе и закате солнца. Наука о световых явлениях – оптика, одна из самых развитых.

Используя знания, как распространяется в окружающей среде свет, можно построить разнообразные оптические приборы.

Вы знаете, что такое «перископ»? Это устройство, позволяющее проводить наблюдения, находясь в укрытии.

Актуальность данной работы – любознательному человеку всегда интересно знать, как что устроено, а сделать самому – вдвойне интересно. Когда познаёшь мир, открываешь для себя, то, что человечество уже изобрело и сам становишься исследователем. Выбранная тема мне представляется актуальной, поскольку напоминает о том, что физика – «живая» наука, очень тесно связанная с жизнью.

Обоснование выбора: перископы можно использовать не только для наблюдений из укрытий, но и для освещения комнаты светом, для получения информации об объектах, находящихся в недоступных для человека местах и даже для фокусов.

Цель данной работы: собрать действующую модель перископа и оценить возможность ее практического применения. 

Основополагающий вопрос: в чем состоит принцип работы перископа и на каких физических законах основано его действие?

Задачи работы:

- дать определение перископу;

- изучить историю создания перископов;

- изучить физические законы, лежащие в основе работы перископа;

- изучить принцип работы и устройство перископа;

- познакомиться с возможностями применения перископических систем в различных областях техники.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- работа с Интернет-ресурсами, обобщение данных

- изучение перископа

- поиск материалов для создания модели перископа

- сборка модели перископа

Объект исследования: перископ.

Теоретическая и практическая значимость заключается в том, что изученный обобщенный материал может быть использован на уроках физики.

При работе над данной темой я в основном пользовался Интернет ресурсами, статьями по данному вопросу.

ГЛАВА 1. История создания перископов

Периско́п - оптический прибор для наблюдения из укрытия. Простейшая форма перископа – труба, на обоих концах которой закреплены зеркала, наклонённые относительно оси трубы на 45° для изменения хода световых лучей. В более сложных вариантах для отклонения лучей вместо зеркал используются призмы, а получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

Наиболее известные виды перископа – такие, как перископы на подводных лодках (рис.1, рис.2), танках, ручные перископы и стереотрубы (их также можно использовать как перископ) – широко применяются в военном деле.

Рис. 1-Перископ подводной лодки       Рис. 2- Перископ подводной лодки

Устройство глаз гиппопотама подсказало идею создания перископов на подводных лодках.

Уши и глаза гиппопотама расположены на самом верху черепа. Так ему удобнее осматривать и "обнюхивать" окрестности. При виде опасных объектов - льва или человека - он мгновенно исчезает.

История знает многих ученых, которые работали над созданием и совершенствованием перископа. Например, Иоганн Гуттенберг, который изобрел прототип перископа. А также многие другие ученые.

В годы Первой мировой войны солдаты иногда использовали перископы, прикреплённые к стволам ружей.

 В годы Второй мировой войны перископы использовались на танках. На подводных лодках перископы использовались для наблюдения обстановки над поверхностью моря.

ГЛАВА 2. Физические законы, лежащие в основе работы

перископа

2.1. Геометрическая оптика

Оказалось, что законы распространения светового луча в прозрачных средах описываются физикой в разделе «Геометрическая оптика». Законы эти применяются для создания и расчета всевозможных оптических приборов: очков, микроскопов, фотоаппаратов, перископов и прочие.

Во всех этих приборах используется отражение света – физическое явление, при котором свет, падающий из одной среды (например, воздух) на границу раздела с другой средой (например, зеркальной поверхностью), возвращается назад в первую среду.

2.2. Законы отражения света

Когда мы слышим слово «отражение», прежде всего нам вспоминается зеркало. В быту мы чаще всего используем плоские зеркала. С помощью плоского зеркала можно провести простой эксперимент, чтобы установить закон, по которому происходит отражение света.

Наверняка все обращали внимание, что наше отражение в зеркале поднимает левую руку, когда мы перед зеркалом поднимаем правую. Часы, показывающие пятнадцать минут первого, в зеркальном отражении показывают без пятнадцати двенадцать, а текст на странице в отражении выглядит какой-то абракадаброй.

Причина в том, что при падении света на зеркальную поверхность свет отражается, причем луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости (рис.3).  Угол падения равен углу отражения. Закон отражения справедлив как для плоских, так и для искривленных поверхностей.

Рис. 3 Луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости

2.3. Законы распространения лучей

При отражении от плоской зеркальной поверхности световых лучей, исходящих от некоторого предмета, возникает мнимое изображение предмета (рис.4). Предмет и его мнимое изображение располагаются симметрично относительно зеркальной поверхности (рис.5). Изображение предмета в плоском зеркале равно по размеру самому предмету.

Рис. 4  Построение изображения в  плоском зеркале

Рис.5 Предмет и его мнимое изображение располагаются симметрично относительно зеркальной поверхности

2.4. Плоское зеркало

Когда два зеркала расположены под углом друг к другу, образуется множество изображений предмета. Уголковый отражатель обладает тем свойством, что под каким бы углом ни падал на него луч света, отраженный луч всегда будет параллелен падающему лучу (рис.6). Это свойство плоских зеркал используют в таком приборе как перископ.

          Рис. 6 Уголковый отражатель

ГЛАВА 3. Изготовление перископа в домашних

условиях

Для изготовления перископа используются следующие рекомендации:

• чтобы было больше света, необходимы большие зеркала;
• длина трубы не более 50;
• чтобы зеркала были направлены под углом 45 градусов к трубе и навстречу друг другу.

Для создания перископа использовались (рис.7):

- твёрдый картон, хорошо держащий форму;

- два зеркала;

- клей;

- скотч.

Рис. 7   Материалы необходимые для создания перископа

Зная размеры зеркала, были рассчитаны размеры выкройки для перископа, и начерчены на картоне. Так как картон твёрдый, чтобы легче было его сгибать, были надрезаны места сгибов и линии, по которым нужно вырезать выкройку, ножичком, приклеены зеркала и собран перископ. Главное, чтобы зеркала были направлены под углом 45 градусов к трубе и навстречу друг другу (рис. 8). Схема перископа:

Рис. 8 Схема перископа

Наиболее распространены призменные перископы, в трубе которых вместо зеркал установлены прямоугольные призмы, а также телескопическая линзовая система и оборачивающая система, с помощью которых можно получать увеличенное прямое изображение. Поле зрения перископов при малом увеличении (до 1,5 раза) составляет около 40о; оно обычно уменьшается с ростом увеличения. Некоторые типы перископов позволяют вести круговой обзор.

ГЛАВА 4. Возможности применения перископических систем в различных областях.

1. Военная техника.Перископ нашел широкое применение в военной технике. Через перископ можно следить за неприятелем, не высовываясь из окопа. Изображение, пойманное верхним зеркальцем, передается на нижнее, в которое смотрит наблюдатель. Перископы установлены также и на современной танковой технике. В военных перископах чаще используются не зеркала, а призмы, а кроме того получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз. Перископы позволяют вести круговое наблюдение за местностью при минимальных размерах смотровых отверстий.
2. На подводных лодках. Перископ телескопически выдвигается над поверхностью воды, а сама подводная лодка в это время находится под водой.
3. Для фокусов. В 19 веке в Париже на набережной недалеко от Лувра прохожим демонстрировались магические зеркала, с помощью которых можно было беспрепятственно смотреть сквозь толстые каменные стены. Это устройство состояло из зрительной трубы, разъятой посередине (куда был помещен толстый камень) и содержащей четыре плоских зеркала под углом 45°. Так впервые рекламировался новый оптический прибор – перископ.
4. В работе полицейских. Перископическая система зеркал используется для визуального досмотра транспортных средств, грузов, труднодоступных и плохо освещенных мест в помещениях.
5. В настоящее время также используется перископическая система зеркал для праворульных автомобилей, упрощающая обгон слева. В информационном зеркале системы водитель видит ситуацию на соседней левой полосе, и спереди, на встречном участке.
6. Для обзора входной двери.
7. Развитие волоконной оптики привело к созданию других видов перископов, которые позволяют врачам осмотреть человеческое тело изнутри без необходимости выполнения хирургических операций. Такие типы перископов называются эндоскопами и просто незаменимы в медицине.
8. Для освещения помещения естественным светом.
9. Для просматривания помещений, в которые нельзя заходить, для обзора труднодоступных мест (узкого чердака, колодца).
10. Для игры в зарницу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы:

- изучено устройство и принцип работы перископа;

- изучен закон отражения света от отражающей поверхности;

- изготовлена действующая модель перископа (рис.9).

Изготовленный прибор может найти практическое применение на спортивных соревнованиях, стадионах в большой толпе для «видения» над головами; изготовленный из труб большого сечения, перископ может быть использован для дополнительного освещения темных бытовых подсобных помещений (подвалы, сараи, кладовые и тому подобное) солнечным светом, что не требует дополнительных затрат на электроэнергию;

- рассмотрена возможность использования перископических систем в различных областях жизни и деятельности человека.

В ходе подготовки и реализации проекта, можно сделать вывод, что физика – потрясающе интересная наука, которая позволяет просто и понятно объяснить невероятные на первый взгляд явления. Знание законов физики может помочь в быту и повседневной жизни, и даже организовать интересный досуг.

Рис. 9 Модель перископа

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. http://www.nado5.ru/e-book/otrazhenie-sveta-zakony-otrazheniya

2. http://zarnici.ru/arsenal-razvedchika-2/59-periskop.html

3. http://zateevo.ru/periskop/
4. http://ru.wikipedia.org/wiki
5. http://voinanet.ucoz.ru/index/periskop_prodolzhenie/0-7548
6. Использование фотографий перископов с различных сайтов интернета
7. dic. academic.ru/
8. class-fizika.narod.ru/
9. Генденштейн Л.Э., Кайдалов А.Б. Физика. Учебник. – М.: Мнемозина, 2014. – 271 с.
10. https://infourok.ru/proektnaya-rabota-po-fizike-na-temu-periskop-1076584.html
11. https://nsportal.ru/sites/default/files/2015/01/11/periskop.ppt
12. https://botana.biz/prepod/fizika/oma5o3eu.html
13. http://www.myshared.ru/slide/562292/
14. https://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2015/01/11/periskop