Проектные работы школьников

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская  средняя общеобразовательная школа»

Бавлинского муниципального района РТ

НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по теме

«Телескоп в домашних условиях»

                                                         Работу выполнили:

                                                      ученик 10 класса  

                                                                                         Инсапов Рузаль                                            

                                                     ученик 11 класса

                                                                                       Инсапов Артур

                                                                           Руководитель:  учитель физики

                                                                                                       Залеева Л.Р.

Бавлы 2019 г

Содержание

Введение……………………………………………………………….....3 Глава 1. История телескопа……………………………………………………5

Глава 2. Устройство телескопа……………………………………………….10

Глава 3. Виды телескопа……………………………………………………....15

Глава 4. Изготовление телескопа…………………………………………… 18

Заключение……………………………………………………………... 20

Источники и литература, интернет -ресурсы………………………………….22

Введение

Часто, глядя в небо, я задумывался  над тем, как же могли еще в старину, глядя на  небо, делать открытия, находить новые планеты, определять траектории движения планет, одним словом, «разгадывать» тайны Вселенной. Ведь далеко не все можно увидеть невооруженным глазом. Заинтересовавшись этой проблемой, я выяснил, что первым астрономическим прибором был телескоп. За прошедшие века он совершенствовался и изменялся. Какие невероятные открытия за этим последовали! Но с годами телескоп не утратил своей значимости. Именно поэтому мне захотелось узнать, каким же был первый телескоп, кто был его первооткрывателем и какими возможностями обладает современный телескоп.

Завоевать космос – это не означает только там побывать, это означает познать его. Наблюдение за небом и является одним из способов этого познания.   Незаменимыми помощниками в этом являются телескопы.  Благодаря  им астрономы  смогли открыть миллиарды новых звезд и новых галактик.

Телеско́п (от др.-греч. . “теле” - “вдаль”, “далеко” и “скопео” - “смотрю”)  — прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил.

Какими бы ни были конструкции телескопов, у них есть общие черты. Назначение всех телескопов заключатся в увеличении угла зрения, под которым видны небесные тела. Телескоп собирает во много раз больше света, приходящего от небесного светила, чем глаз человека. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать не видимые невооруженным глазом детали поверхности ближайших в Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. 

Актуальность: созданный около четырехсот лет назад, телескоп является своеобразным символом современной науки, воплощая в себе извечное стремление человечества к познанию.

Объект исследования: различные виды телескопов.

Цель моего исследования: рассмотреть историю создания телескопа, создать домашний телескоп.

Из цели исследования вытекают конкретные задачи данной работы:

1. рассмотреть историю создания телескопа;
2. рассмотреть устройство и принцип работы телескопа;
3. рассмотреть виды телескопов;
4. найти фокусное расстояние собирающей линзы;
5. сделать телескоп-рефрактор;
6. продемонстрировать работу телескопа.

Гипотеза – телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной.
    Научная новизна  работы заключается в значимости телескопов на современном  этапе развития науки и техники ,в истории космических  достижений.
       Практическая значимость: материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, истории, географии, во внеклассной работе. Сегодня телескоп все чаще можно встретить не в научной обсерватории, а в обычной городской квартире, где живет обычный астроном-любитель, который ясными звездными ночами отправляется приобщаться к захватывающим красотам космоса. 

Глава 1. История телескопа 

Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю.

 Роджер Бекон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой удаленные предметы на расстоянии кажутся близкими.

Астроном  Томас Диггес  в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала. Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто.

Но  самые первые чертежи простейшего линзового телескопа (причем как однолинзового, так и двухлинзового) были обнаружены еще в записях Леонардо да Винчи датируемых 1509-м годом. Сохранилась его запись: «Сделал стекла, чтобы смотреть на полную Луну» («Атлантический кодекс»).

Дело сдвинулось с мёртвой точки в начале XVII века . Практически же реализовал идею человек, который даже не был учёным: голландский очковый мастер Иоганн Липперсгей увидел как его дети играли линзами. Наложив их одну на другую, они смогли хорошо рассмотреть отдалённую башню, вдохновленный идеей детей, сконструировал прибор, который назвал «зрительной трубой». Он даже попытался его запатентовать, но получил отказ: во-первых, устройство посчитали слишком простым, во-вторых, независимо от Липперсгея такое же изобретение сделал его сосед Захарий Янсен – тоже очковый мастер, а также другой голландец – Якоб Метиус, а последний вскоре после Липперсгея подал в Генеральные штаты (голландский парламент) запрос на патент.

Таким образом, первенство изобретения прообраза телескопа (зрительной трубы) доказать трудно.

И все-таки годом изобретения  зрительной трубы, считают  1608 год. К концу 1608 года небольшие подзорные трубы стали распространены по всей Франции и Италии. Поначалу  зрительная труба оставалась «игрушкой  для взрослых».

Весной 1609 г. профессор математики университета итальянского города Падуи узнал о том, что один голландец изобрёл удивительную трубу.  Взяв кусок свинцовой трубы, профессор вставил в неё с двух концов два очковых стекла: одно - плосковыпуклое, а другое - плосковогнутое. “Прислонив мой глаз к плосковогнутой линзе, я увидел предметы большими и близкими, так как они казались находящимися на одной трети расстояния по сравнению с наблюдением невооружённым глазом”, - писал Галилео Галилей. Профессор решил показать свой инструмент друзьям в Венеции. “Многие знатные люди и сенаторы поднимались на самые высокие колокольни церквей Венеции, чтобы увидеть паруса приближающихся кораблей, которые находились при этом так далеко, что им требовалось два часа полного хода, чтобы их заметили глазом без моей зрительной трубы”, - сообщал он.

Вдохновленный открытием Галлей  в августе 1609 года изготовил первый в мире полноценный телескоп.

Телескоп имел скромные размеры (длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25 диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное увеличение . Он увидел то, что ранее было невозможно. Луна, испещренная горами и долинами, оказалась миром, сходным хотя бы по рельефу с Землей. Юпитер, предстал перед глазами изумленного Галилея крошечным диском, вокруг которого вращались четыре необычные звездочки – его спутники. При наблюдении в телескоп планета Венера оказалась похожа на маленькую Луну. В темные ночи, когда небо было чистым, в поле зрения галилейского телескопа было видно множество звезд, недоступных невооруженному глазу.

Насколько велик был в то время интерес к астрономии, видно из того, что только в Италии  Галилей сразу получил заказ на сто инструментов своей системы. Одним из первых оценил открытия Галилея другой выдающийся астроном того времени Иоганн Кеплер. В 1610 году Кеплер придумал принципиально новую конструкцию зрительной трубы, состоявшую из двух двояковыпуклых линз.

  Сам Кеплер не мог собрать телескоп — для этого у него не было ни средств, ни квалифицированных помощников. Однако в 1613 году по схеме Кеплера построил свой телескоп другой астроном — Шейнер, оппонент Галлилея в его горячих спорах.

В середине XVII века «телескопическая лихорадка» захватила всех. В городах линзы шлифовали в домах ремесленников и купцов, дворян и вельмож. Изготовление телескопов стало модным. А наблюдение неба – просто необходимым занятием каждого более или менее образованного человек.

Очень плохое качество изображения в первых телескопах заставило оптиков искать пути решения этой проблемы. Оказалось, что увеличение фокусного расстояния объектива значительно улучшает качество изображения.

Телескоп Гевелия имел длину 50 м и подвешивался системой канатов на столбе.

К 1656 году Христиан Гюйгенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты.

 Христиан Гюйгенс, наблюдая в 64-метровый воздушный телескоп, открыл кольцо Сатурна и его спутник – Титан, а также заметил полосы на диске Юпитера. Рекорд принадлежит, видимо, астроному Озу, которому удалось в 1664 году соорудить телескоп с увеличением в 600 раз. При этом длина трубки была 98 метров. При этом он не имел трубы, объектив располагался на столбе на расстоянии почти 100 метров от окуляра, который наблюдатель держал в руках (так называемый воздушный телескоп). Наблюдать с таким телескопом было очень неудобно. Озу не сделал ни одного открытия. Легко догадаться о затруднениях, которые пришлось претерпеть Озу, ведя наблюдения с помощью такого неуклюжего приспособления.

 Первый телескоп-рефлектор был построен Исааком Ньютоном в 1668 году. Схема по которой он был построен получила название « схема Ньютона.

Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света . А Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см.

18 век вполне мог считаться веком рефлектора, если бы не открытие английских оптиков: волшебная комбинация двух линз из крона и флинта. 
Двухзеркальная система в телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми «современными» телескопами, изобретенными в конце 19 века. Кстати, космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. 

 К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. 
К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера .

В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях.

Вывод : история телескопа прошла долгий путь - от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.  

Глава 2. Устройство телескопа

    Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения искусственных спутников Земли), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи.
  Первая задача телескопа- создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами.
  Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением   телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра.                                                                                                                   И так, что же представляет собой телескоп?

     Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. Главным параметром «мощности» телескопа является линза.

   Простейшей оптической системой является линза, которая представляет собой тело, изготовленное из однородного прозрачного для света вещества и ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если расстояние между ограничивающими линзу поверхностями в центре линзы d намного меньше радиусов их кривизны , то линза называется тонкой (на рис. 1).

На рис. 1 изображены часто применяемые на практике двояковыпуклая (а) и двояковогнутая (б) линзы.

     Линия, соединяющая центры О1 и О2 ограничивающих линзу сферических поверхностей, называется главной оптической осью. Лучи, параллельные оптической оси, после прохождения через двояковыпуклую (собирающую) линзу сходятся в точке М на этой оси (рис. 2, а) (линза имеет два главных фокуса). Эта точка называется главным фокусом собирающей линзы. При прохождении через двояковогнутую (рассеивающую) линзу параллельные лучи расходятся. Точка М1 на главной оптической оси, где пересекаются продолжения этих расходящихся лучей, называется главным фокусом рассеивающей линзы (рис. 2, б) (этот фокус называют также мнимым).

Расстояние от оптического центра линзы О до главного фокуса называется фокусным расстоянием линзы F. Оно зависит от величины радиусов кривизны R1 и R2, ограничивающих ее сферических поверхностей, от величины показателя преломления п и материала линзы относительно окружающей среды. Эта зависимость имеет вид:

[8]

Величина D=±называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях. Диоптрия равна оптической силе линзы с фокусным расстоянием в один метр. Оптическая сила собирающей линзы положительна, а рассеивающей - отрицательна.

Рис.3

   Основным свойством линзы является ее способность давать изображения предметов. Собирающая линза дает как действительное, так и мнимое изображение, как увеличенное, так и уменьшенное изображение, как прямое, так и обратное изображение. Это зависит от того, где расположен предмет: между линзой и фокусом, либо между фокусом и двойным фокусом, либо за двойным фокусом. Рассеивающая линза всегда дает мнимое и уменьшенное изображение. Расстояние предмета от линзы d и расстояние от линзы до изображения f (рис. 3) связаны с ее фокусным расстоянием F соотношением

     В этой формуле знак (+) соответствует собирающей (рис. 3, а), а знак (-) - рассеивающей (рис. 3, б) линзам. Если собирающая линза дает мнимое изображение, то в формуле (2) надо перед слагаемым, содержащим величину f, ставить знак (-).

Используя формулу (2), можно экспериментально определить фокусное расстояние F. Однако точность такого непосредственного определения фокусного расстояния невелика. Это связано с тем, что при измерении расстояний d и f мы делаем относительно большие ошибки.

Tелескоп принято характеризовать угловым увеличением γ. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдателя.

Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, а в сборе света. Чем больше у него размер линзы или зеркала, тем больше света он собирает.

Вывод: Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр.

Глава 3. Виды телескопов.

Самые распространенные типы оптических устройств – рефракторы и рефлекторы. Первый тип имеет объектив, выполненный из системы линз, а второй – зеркальный объектив. Существует еще и  зеркально-линзовые телескопы, которые сочетают в себе технологию двух предыдущих, сделаны на основе комбинации линз и зеркал. Такие телескопы обычно имеют компактные трубы и относительно легкий вес. 

Рефракторы – это первые телескопы, изобретенные человеком. В таком телескопе за сбор света отвечает двояковыпуклая линза, которая выступает в роли объектива. Ее действие строится на основном свойстве выпуклых линз – преломлении световых лучей и их сборе в фокусе. Отсюда и название - рефракторы (от латинского refract - преломлять).

Достоинства рефракторов:

• Простая конструкция, легкость в эксплуатации, надежность;
• Идеален для исследования планет, Луны, двойных звезд;
• Система без центрального экранирования от диагонального или вторичного зеркала. Отсюда высокая контрастность изображения;
• Отсутствие воздушных потоков в трубе, защита оптики от грязи и пыли;
• Цельная конструкция объектива, не требующая регулировок со стороны астронома.

Недостатки рефракторов:

• Высокая цена;
• Большой вес и габариты;
• Ограниченность в исследовании тусклых и небольших объектов в далеком космосе.

Рефлекторы (зеркальные телескопы)Название зеркальных телескопов – рефлекторов происходит от латинского слова reflectio – отражать. Данный прибор представляет собой телескоп с объективом, в роли которого выступает вогнутое зеркало. Его задача – собирать звездный свет в единой точке. Поместив в данной точке окуляр, можно увидеть изображение.  Достоинства рефлекторов:

• Доступная цена;
• Мобильность и компактность;
• Высокая эффективность при наблюдении тусклых объектов в глубоком космосе: туманностей, галактик, звездных скоплений;
• Максимально яркие и четкие изображения с минимальным искажением.

Недостатки рефлекторов:

• Растяжка вторичного зеркала, центральное экранирование. Отсюда – низкая контрастность изображения;
• Открытая труба без защиты от тепла и пыли. Отсюда – низкое качество изображения;
• Требуется регулярная коллимация и юстировка, которые могут утрачиваться во время использования или перевозки.  

 Для исправления аберрации и построения изображения катадиоптрические телескопы применяют как зеркала, так и линзы. Основные достоинства приборов такого типа касаются минимального веса и короткой трубы при сохранении внушительного диаметра апертуры и фокусного расстояния. Вместе с тем, для данных моделей не характерны растяжки крепления вторичного зеркала, а особая конструкция трубы исключает проникновение внутрь воздуха и пыли.

Достоинства катадиоптрических телескопов:

• Универсальность. Могут использоваться и для наземных, и для космических наблюдений;
• Защита от пыли и тепловых потоков;
• Компактные размеры;
• Доступная цена.

Недостатки катадиоптрических телескопов:

• Сложность конструкции, которая вызывает трудности при установке и самостоятельной юстировке.

Сейчас также используют радиотелескопы и космические телескопы, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма - телескопы . Для исследования космических объектов в радиодиапазоне применяют радиотелескопы. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр — чувствительный радиоприемник, перестраиваемый по частоте, и принимающая аппаратура.

Вывод: По оптической схеме различают три основных типа телескопов: телескоп-рефрактор, телескоп-рефлектор и зеркально-линзовый телескоп.

Глава 4. Изготовление телескопа.

Изучив материал по теме исследования, решили сделать телескоп сами. В качестве объектива использовали    линзу  +4 диоптрии и диаметром 80мм .  Для окуляра  взяли  линзу с фокусным расстоянием 20мм из старого фотоаппарата .

       Трубу телескопа, в которой укрепляется объектив хотели  вначале сделать из пластмассовой трубы для канализация  , но в магазине «Биктера » увидели трубу куда наматывают скатерти  и взяли его. Он ровный, довольно прочный и достаточно длинный.  Главную трубу сделали  сантиметров на десять короче фокусного расстояния объектива. Для окулярной трубки использовали такую же  трубу, но меньшего диаметра. Для надежности линзы закрепили  изолентой.  Объективная линза прочно вошла в нашу трубу.

         Фокусировать изображение необходимо с помощью расстояния от объектива до окуляра. Для этого окулярный узел перемещается в основной трубе. Так как трубы должны быть хорошо прижаты вместе, то необходимое положение будет надежно зафиксировано. Процесс настройки удобно производить на больших ярких телах, например, Луне, также и соседний дом подойдет. При сборке очень важно чтобы  их центры были на одной прямой.

         Для нас очень важным является увеличение которое будет давать наш телескоп. И мы его вычислили .Для этого установили источник света(фонарь на телефоне) , на расстоянии 50-100 см, поставили импровизированный экран(в нашем случае это стена). Передвигая линзу, добились четкого (перевернутого) изображения источника света на экране. Измерили расстояния от линзы до экрана и от линзы до источника света. Теперь расчет. Перемножили  полученные расстояния и разделили на расстояние от экрана до источника света. Полученное число и будет фокусным расстоянием линзы. Таким методом мы вычислили фокусное расстояние окуляра и объектива . Для того, чтобы рассчитать увеличение телескопа необходимо фокусное расстояние объектива разделить на  фокусное расстояние окуляра.

Наш телескоп увеличивает 17 раз.

Для того чтобы наш телескоп выглядел более эстетичным ,мы решили его украсить. Взяли черную и серую блестящую  самоклеящуюся бумагу. В черную  обернули наш телескоп, а из блестящей обрезали звездочки и наклеили .

       Вывод: Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрела луну, созвездия. Но у нашего телескопа есть минусы: малое увеличение, отсутствие устойчивого крепления , но он легкий и недорогой.

Заключение.

Мы, долгое время работали над проектом «Телескоп в домашних условиях». В результате этого проекта мы узнали:

 1. историю и развитие телескопа;

 2.  изготовили телескоп своими руками;

         3. использовала этот прибор для наблюдения за ночным небом.

В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:  

-рассмотрели  историю создания телескопа;

-рассмотрели  устройство и принцип работы телескопа;

-нашли фокусное расстояние собирающей линзы;

-сделал  телескоп-рефрактор;

-продемонстрировали  работу телескопа;

-подтвердили нашу гипотезу: сделанный телескоп - это оптический прибор для наблюдения за ночным небом.

В ходе выполнения работы, мы  пришли к следующим выводам:

• Телескоп- астрономический оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел: звёзд, планет, туманностей, метеоров, комет, искусственных спутников и т. п. Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским астрономом Галилео Галилеем.
• Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр.
• По оптической схеме различают три основных типа телескопов: телескоп-рефрактор, телескоп-рефлектор и зеркально-линзовый телескоп.
• В ходе работы, мы  познакомились с простейшими оптическими системами и определила фокусное расстояние собирающей линзы.
• Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрела луну, созвездия. Но у нашего телескопа есть минусы: малое увеличение, отсутствие устойчивого крепления и аберрация, но он легкий и недорогой.

    В настоящее время развитие цивилизации определяется астрономическими исследованиями, так как они позволяют нам прикоснуться к тайнам Вселенной. С помощью телескопа, изготовленного своими руками, нам удалось заглянуть в космические дали и увидеть недоступные небесные объекты.  Изготовление этого прибора позволил нам лучше разобраться с темой по физике: «Линза». Этот прибор мы сможем в дальнейшем использовать на уроках астрономии, географии  надеемся  усовершенствовать наш телескоп, т.е. добиться большего увеличения.

   Источники и литература, интернет-ресурсы

1. Астрономия.10-11 классы/В.М.Чаругин.-М.:Просвещение,2018.-144с.
2. Ожегов С.И., Толковый словарь русского языка. - М.: Российская АН.; Российский фонд культуры, 1996г., 928с.
3. Наумов Д.А., Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль. М.: Наука, 1988г.
4. Физика. 11 класс/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин- М.: Просвещение, 2010г., 400с.
5. Амбарцумян В.А. Загадки Вселенной.- М.: Педагогика, 1987.
6. Всё обо всём. Энциклопедия. – М: Аванта-Плюс, 2000.
7. Гурштейн А.А. Извечные тайны неба.- Просвещение, 1984.
8. https://sites.google.com/site/sdelatteleskop/home/istoria-sozdania-teleskopa-osnovnye-istoriceskie-vehi---izobretenie-teleskopov
9. https://xreferat.com/102/2395-1-ustroiystvo-naznachenie-princip-raboty-tipy-i-istoriya-teleskopa.html
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF
11. https://www.syl.ru/article/182339/new_kak-sdelat-teleskop-svoimi-rukami-kak-sdelat-moschnyiy-kachestvennyiy-teleskop-v-domashnih-usloviyah
12. http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/h13.htm

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Покровско-Урустамакская  средняя общеобразовательная школа»

Бавлинского муниципального района РТ

Проект по теме

«Создание проектора в домашних условиях»

                                                                                   Выполнили: Безенов Алексей ,

Гайнетдинов Рафаэль,

                                                                                                           ученики  11 класса

                                                                              Руководитель:   Залеева Л.Р.,

                                                                                                              учитель физики

2016

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………….  3
2. Прообраз проектора…...…………………………………………………………..3      
3. Виды и принципы работы проекционных аппаратов ...……………………….5    
4. Получения изображения объекта ……………………………………….……….7      
5. Конструирование проектора в домашних условиях……………………………8
6. Заключение………………………………………………………………………...9
7. Список используемой литературы…………………………………………..…...10    

Приложение

Введение

Мы считаем, что многим бы хотелось иметь у себя дома домашний кинотеатр. Но каждый сталкивался с вопросами - Как сделать самому большой экран? Если покупать телевизор, то это стоит дорого, да и даже большой телевизор с диагональю полтора метра не создаст впечатление кинотеатра. Другой вариант - купить проектор. При использовании настоящего проектора дома можно создать настоящий кинозал. На данный момент существует множество фирм по производству проекторов, которые различаются по размеру, цене, мощности, диагонали экрана и принципу работы. Проекторы мобильны, потребляют относительно небольшое количество электроэнергии. Имеют большую, изменяемую диагональ проецируемого изображения. Сейчас на рынке информационных технологий представлены проекторы для профессионального применения, а так же применения обычными пользователями, но, к сожалению, у всех них есть большой недостаток. Это высокая цена. Самый простой и дешевый, на наш взгляд, выход который мы нашли - создать проектор в домашних условиях.

Гипотеза: если создать проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать фотографии и видео в домашних условиях

Цель проекта: Сконструировать проектор в домашних условиях.

Задачи проекта: 

• Познакомиться с устройством и принципом работы проектора.
• Выбрать подходящий для сборки вариант проектора.
• Собрать проектор.
• Протестировать проектор, для оценки качества работы.

Объект исследования – мультимедийный проектор.

Предмет исследования – изображения, полученные с помощью линз

1. Прообраз проектора

Проекционное оборудование имеет не очень длинную историю, но в последнее время индустрия проекторов стремительно развивается и на сегодняшний день на рынке представлен широкий спектр проекционного оборудования на любой вкус. Говоря о проекционном оборудовании, следует отметить, что любая проекционная система состоит из таких частей, как проецируемый объект, линза и источник света. Само слово проектор и проекция произошло от латинского «projicio», которое означает «бросаю вперед». Это словосочетание описывает работу традиционного проектора, который «бросает вперед» или проецирует изображение на экран. Впервые принцип проецирования упомянул в своих трудах Платон, давший удачную аллегорию. Философ представлял человечество, сидящее в пещере спиной к выходу и наблюдающее за всем происходящим в мире на стене пещеры, на которую переносятся все события происходящие в мире.

Первый проектор, ставший прототипом современных моделей, был разработан в XVII веке знаменитым голландским математиком и физиком Христианом Гюйгенсом. «Волшебный фонарь», как назвали изобретение ученого, нужен был Гюйгенсу для проведения опытов и лекций, однако не благодаря науке это устройство стало знаменитым. Аппарат ученого успешно использовался множеством шарлатанов, которые бродили по европейским странам и показывали скелетов и приведений. Эти новоявленные иллюзионисты принесли «волшебному фонарю» Гюйгенса широкую известность. Вполне возможно, что благодаря именно этой известности на аппарат обратили внимание ученые и в XVIII веке он начал применяться в организации лекционных занятий и научных исследованиях. В XIX веке открытия братьев Люмьер и Эдисона открыли человечеству волшебный мир кинематографа, а уже в XX веке устройство Гюйгенса получило название диапроектора. Благодаря этому устройству целые поколения детей смогли наслаждаться просмотром мультиков, когда их родители прокручивали кадры пленок.

Наука не стояла на месте и вскоре одному экспериментатору, имя которого так и осталось неизвестным, пришла в голову мысль заменить традиционные 35-ти миллиметровые пленки пленками большего формата. В первой половине 60-х годов прошлого века был разработан и произведен первый оверхед-проектор, подаренный миру корпорацией 3М. Эти устройства в разное время назывались кодоскопами или графопроекторами. Спустя десятилетия после появления первых моделей оверхед-проекторов многие компании продолжали их производство и даже сейчас подобные устройства часто можно встретить в школах и в других учебных заведениях. На смену оверхед-проекторам пришли модели мультимедийных проекторов. В 1987 году известная американская компания Proxima выпустила модель проектора, в котором вместо традиционной пленки применялась жидкокристаллическая панель. Это устройство можно было подключать к компьютеру или видеомагнитофону, поэтому вскоре проекторы стали часто использоваться для демонстраций фильмов.

Первый полноценный мультимедийный проектор появился в 1995 году, а разработчиком стала все та же компания Proxima. Специалисты компании соединили в одном аппарате LCD-панель и источник света. Первые модели мультимедийных проекторов весили около 9-ти килограмм, а галогенные лампы способны были выдавать световой поток не более 300 люмен. При этом проходя через матрицу, терялась определенная часть светового потока, а на экране была видна пиксельная структура матрицы. Конечно, такие проекторы были далеко не идеальными, поэтому в качестве альтернативы вскоре появилась цифровая технология DLP. Фирма Texas Instruments выпустила DMD кристалл, на основе которого фирма InFocus создала первый DLP проектор. Сотрудники Texas Instruments разработали проекционную систему Digital Light Processing (цифровой обработки света) или сокращенно DLP. Картинка, проецируемая DLP-проекторами, была более высокого качества и однородности, а вес устройств был гораздо меньше проекторов-предшественников. Вначале цветовой фильтр, который «окрашивал» пучок света, имел всего 3 сектора (красный, синий и зеленый), а немного позже к ним был добавлен и белый сектор.

Появление DLP-проекторов стало огромным шагом в развитии проекционного оборудования. Однако разработчики не остановились на достигнутом, и постоянно модернизируют разработанные ранее технологии и внедряют технологические новинки. Вскоре в проекторах стали применяться 3 матрицы, вместо одной большой. Кроме этого на матрицы стали устанавливать микролинзы, позволяющие увеличить уровень световой отдачи. Всего за несколько лет мультимедийные проекторы стали популярными во многих странах по всему миру и сейчас трудно даже представить современный мир без этих полезных и нужных устройств. Проекторы успешно используются для организации представлений, презентаций и демонстраций в учебных заведениях, бизнес организациях, клубах, домашних кинотеатрах, концертных площадках и во многих других местах. Постепенно вес проекторов уменьшается, а их технические характеристики совершенствуются, поэтому вполне вероятно, что в скором времени проектор будет практически в каждой организации и во многих домах.

Мультимедийные проекторы за несколько лет стали популярны во всем мире. Их используют на презентациях и совещаниях, на лекциях и в учебных тренажерах, в домашних кинотеатрах и конференц-залах, на дискотеках и в клубах. Появляется все больше производителей проекторов, а сами проекторы становятся ярче и легче. Они находят применение в различных областях жизни. На работе, и в обучении, и на отдыхе проекторы делают нашу жизнь удобнее, помогают достичь большего.

2. Виды и принципы работы проекционных аппаратов

• Диаскопический проекционный аппарат — изображения создаются при помощи диапроекции, то есть лучей света, проходящих через светопроницаемый носитель с изображением. Это самый распространённый вид проекционных аппаратов. К ним относят такие приборы как: кинопроектор, диапроектор, фотоувеличитель, проекционный фонарь, кодоскоп и др.
• Эпископический проекционный аппарат — создаёт изображения непрозрачных предметов путём эпипроекции, то есть проецирования отраженных лучей света. К ним относятся эпископы, мегаскоп.
• Эпидиаскопический проекционный аппарат — формирует на экране комбинированные изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов.
• Лазерный проектор — выводит изображение с помощью луча лазера.
• Мультимедийный проектор (также используется термин «Цифровой проектор») — с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств:

• На вход устройства подаётся видеосигнал в реальном времени (аналоговый или цифровой). Устройство проецирует изображение на экран. Возможно при этом наличие звукового канала.
• Устройство получает на отдельном или встроенном в устройство носителе или из локальной сети файл или совокупность файлов (слайдшоу) — массив цифровой информации. Декодирует его и проецирует видеоизображение на экран, возможно, воспроизводя при этом и звук. Фактически, является сочетанием в одном устройстве мультимедийного проигрывателя и собственно проектора.  

Мультимедийные проекторы подразделяются на портативные (переносные) и стационарные типы.  Стационарные, сверхмощные проекторы (яркость до 30 000 ANSI) –  технически сложные, сугубо профессиональные приборы для проведения масштабных мероприятий на стадионах, в концертных залах и т.д.  Портативные проекторы подразделяются на несколько типов.

• Инсталляционные 9 - 18 кг
• Портативные 4.5 - 9 кг
• Ультра портативные 2.25 – 4.5 кг
• Микропроекторы менее 2.25 кг

Инсталляционные и портативные проекторы применяются специалистами для стационарной установки.  Такой мультимедийный проектор предназначен в основном для оснащения конференц-залов, презентационных комнат, контрольных центров, аудиторий в образовательных учреждениях и развлекательной сферы – помещений баров, ресторанов. Ультра портативные и микропроекторы предназначены для широкого круга потребителей и являются легко транспортируемыми. Традиционная сфера применения - выездные презентации, семинары, совещания, уроки в школах, домашней монитор для компьютера.

Принцип работы проектора с модуляцией света заключается в том, что поток света падает поочередно на два поглощающих свет растра, между которыми находится масляная плёнка на зеркальной поверхности. Если масляная плёнка не возмущена, свет оказывается, задержан обоими растрами и экран совсем темный. Масляная плёнка помещается вовнутрь электронно-лучевой трубки, которая и сформировывает на ней распределение заряда в согласовании с поступающим видеосигналом. Распределение заряда, вкупе с приложенным к зеркалу потенциалом, порождает возмущение поверхности плёнки. Проходя через этот участок плёнки, световой поток проходит мимо второго растра и попадает на экран в нужную точку.

Преимущество проектора такого типа состоит в практическом отсутствии ограничения на мощность светового потока, потому что сам управляемый элемент не поглощает управляемой части светового потока, а паразитное поглощение просто компенсируется остыванием железного зеркала, на котором находится плёнка. Охлаждать же следует лишь два поглощающих растра и лампу.

3. Получения изображения объекта

Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо - цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора.  Рассмотрим схематично, как получить изображение на экране с помощью собирающей линзы. Потому, что рассеивающие линзы дают только мнимое изображение, следовательно, изображения на экране дают только собирающие линзы.  Для получения изображения на экране нужно расположить предмет между фокусом и двойным фокусом, F < d < 2F. (Приложение 1) Для получения изображения объекта нам необходим сам объект и линза (или объектив, состоящий из нескольких линз, но работающий, как одна), экран, на который будет проецироваться изображение.

В собирающей линзе все лучи, идущие параллельно её главной оптической оси, после линзы собираются в одной точке, лежащей на главное оптической оси линзы. Смысл заключается в следующем: все лучи, попадающие в линзу параллельно ее оптической оси, пройдя через линзу, сходятся в одну точку на оптической оси. Эта точка называется фокусом, а расстояние от центра линзы до этой точки - фокусным расстоянием. Кроме того центральный луч не преломляется линзой.

Рассмотрим схему. Имеем объект O, находящийся за фокусом линзы: F < d < 2F (Приложение 1). Чтобы понять ход лучей, нам достаточно рассмотреть две крайние точки объекта. Из схемы (Приложение 1) видно, что изображение получится действительным, увеличенным, перевернутым, значит, линза на таком расстоянии может работать в качестве объектива. Кроме того, при геометрическом построении достаточно рассмотреть всего по два луча для каждой точки (пунктирные линии): один проходящий через центр линзы, другой - параллельно главной оптической оси. Каждая пара лучей, проходящая от объекта через линзу, пересекаются с другой стороны на расстоянии, большем удвоенного фокусного расстояния линзы. При этом все остальные лучи (сплошные линии), исходящие от объекта, пересекутся там же. В месте пересечения лучей и будет сформировано изображение объекта O'.  Чтобы получить изображение, нужно на этом расстоянии перпендикулярно главной оптической оси поместить экран.

4. Конструирование проектора в домашних условиях

 После изучения  истории развития и принципов работы мультимедийного проектора нами была разработана инструкция по созданию мини- проектора в домашних условиях. Итак, мы определили следующий алгоритм:

1. Для сборки подходящего мультимедийного проектора были выбраны следующие комплектующие: самодельная коробка, мобильный телефон, линза, черная краска, кисточка, молоток, гвозди. (Приложение 2)

2. Коробку выкрасить изнутри в черный цвет, чтобы избежать бликов и максимально увеличить световой поток изображения; (Приложение 2)

3. Вырезать в коробке отверстие нужного размера и поместить в него линзу; 4. Напротив линзы на фокусном расстоянии сделать крепление для мобильного телефона;

5. Укрепить телефон;

6. Включить в телефоне слайд фотографии;

7. Закрыть коробку

Как только все выше перечисленные пункты были выполнены, стало необходимо правильно отрегулировать проектор и телефон, чтобы получить хорошую картинку. На практике это означает настройку яркости и контрастности. Мобильный телефон необходимо настроить на максимально возможную яркость, так чтобы существенно улучшить цветопередачу и контраст. В нашем случае после регулировок яркости и контрастности мы получили яркую картинку, но только при условии полной темноты.

Заключение

В ходе выполнения проекта нами решалась поставленная проблема: создать проектор для просмотра фотографий и видео в домашних условиях. Была выдвинута гипотеза: если создать проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать фотографии и видео в домашних условиях.

Цель проекта: сконструировать проектор в домашних условиях.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:

• Познакомиться с устройством и принципом работы проектора.
• Выбрать подходящий для сборки вариант проектора.
• Собрать проектор.
• Протестировать проектор, для оценки качества работы.

Объект исследования – мультимедийный проектор.

Предмет исследования – изображения, полученные с помощью линз

Проделав данную работу и собрав проектор, мы пришли к выводу, что проектор можно собрать в домашних условиях, если будет иметь место материальная оснащенность. На сборку опытного образца было затрачено 4000 тысяч рублей, что гораздо дешевле заводских аналогов, но полученный проектор не превосходит характеристики заводских аналогов. Качество изображения, получаемого при работе проектора можно считать достаточным для работы в стандартных домашних условиях. Основной проблемой являлось затраченное время на поиск подходящих линз. Так же полученный результат определил, что сконструированный проектор является не конечной стадией, мы собираемся продолжать дальнейшее совершенствование проектора. При работе с проектором выявили главное условие, при котором можно получить четкое изображение  - это полная темнота.

Список использованной литературы

1. Виды проекционных приборов: [Электронный ресурс] // Проектор URL: http://wiki.dns-shop.ru/index.php/Проектор .
2. История появления и развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // FAQ по проекторам и проекционному оборудованию URL: http://finebuy.ru/doc/faq/po_proektoram_i_proekcionnomu_oborudovaniju .
3. История развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // Телевизоры URL: http://obzor.hi-tech.com.ua/развитие-проекторов/ .
4. История создания проектора: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL:https://sites.google.com/site/multimedijnyeproektoryyaborova/multimedia-proektory/istoria-sozdania-proektora.
5. Как выбрать проектор: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL: http://obzor.hi-tech.com.ua .
6. Немое кино / Часть 3: Создание проектора: [Электронный ресурс] // Альманах URL: http://snimifilm.com/statyi/nemoe-kino-chast-3-sozdanie-proektora.
7. Основные характеристики проекторов: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/load/1-1-0-2 .
8. Проектор: [Электронный ресурс] // URL: http://wiki.mvtom.ru/index.php/Проектор .
9. Проекторы: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/index/0-2.
10. Проекционный аппарат 3. LCD -мультимедийный проектор, созданный на базе оверхед-проектора[Электронный ресурс] // URL: http://www.nkj.ru/konkurs/detail.php?ID=17540#.
11. Рулевская А. А Мультимедийные проекторы: [Электронный ресурс] // Презентация URL:  http://www.slideshare.net/RylevskayaA/ss-2774163.
12. Технология видеопроекторов DLP: [Электронный ресурс] // Электронный учебник URL: http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?index=69&layer=1&tutindex=28#1.
13. Характеристики мультимедийного проектора: [Электронный ресурс] // Статьи URL:  http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=192.
14. Что такое проектор?: [Электронный ресурс] // Статьи URL: http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=234 .

Приложение 1

Рис.1

Рис.2

Приложение 2

        Рис.1

      Рис.2

Приложение 2

Рис. 3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Приложение 2

Рис.7

Рис.8

Приложение 2

Рис.9

        Рис.10

 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская  СОШ им.Ф.Г.Яруллина»

Бавлинского муниципального района РТ

Исследовательский проект по информатике

 «СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР В СРЕДЕ   UNITY НА КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ШКОЛЬНЫМ ПРЕДМЕТАМ»

                                                                                 Работу выполнил:  ученик 7 класса

                                                              Досумбетов Вадим Марселевич                                                                  

                                                                   Руководитель:  учитель физики и

                                                       информатики Залеева Л.Р.

Бавлы 2021 г

Содержание

Введение…………………………………………………………………………... …3

1.         Обзор классификаций компьютерных игр  ……………………………4

      2.              Ход работы в  Unity.  …………………………………………………….5

      3.               Этап разработки игры    …………………………………………………6

Заключение……………………………………………………………………........  7

Литература……………………………………………………………………......... 8

Введение

Самым популярным видом досуга среди молодёжи на сегодняшний момент являются компьютерные игры, они стали неотъемлемой частью нашей жизни. Виртуальные миры открывают нам огромные возможности, они позволяют выбрать себе различные роли. При этом ежегодно разработчики игр выпускают сотни новых игр.

Создание игры это продолжительный и трудоёмкий процесс, состоящий из самых разнообразных этапов, включающий в себя как технические, так и творческие моменты. Сначала обдумывают цель и средство (среду) разработки игры, затем во время творчества игры создают игровую механику, уровни, сюжет, графику и звук.

Актуальность данной работы заключается в том, что в последнее время Unity развивается стремительными темпами, привлекая все больше новых разработчиков. На базе этого движка было создано множество популярных игр. Кроме того, Unity используется для создания приложений, связанных с архитектурой, обучением, визуализацией данных, электронными книгами и многими другими отраслями.

Целью моей работы является создание игры в среде Unity ,для школьников с помощью которого можно сделать контроль знаний по предметам.

Задачи:

• .Ознакомиться с основами работы в рабочей среде Unity .
• Написать программный код для компьютерной игры.
• Подготовить тестовые задания по предмету «Информатика».
• Разработать и апробировать  компьютерную игру.

              Гипотеза: компьютерные игры дают мотивацию школьникам, чтобы усвоить школьные предметы, проверяя их знания прямо во время игры.

              Планируемые результаты – готовая компьютерная игра на платформе Unity.          

               Объектом исследования является разработка компьютерных игр.

               Предмет исследования – создания компьютерных игр на платформе Unity.

Обзор классификаций компьютерных игр  

В наше время игры – это место уединения, где человек может расслабиться, отвлечься от реальной жизни на некоторое время, выпустить агрессию. Самая первая игра была выпущена в 1962 году на основе простой программы. Через 10 лет (1972 г. 24 мая) была представлена самая первая игровая приставка - Magnavox Odyssey. В конце 1992 году вышла самая удачная и знаменитая игровая приставка – Dendy.С этих приставок и началась вся игровая индустрия. Позднее появился такой вид спорта, как киберспорт, в котором участники соревнуются, играя в ту или иную игру. На данный момент решается вопрос о добавлении киберспорта в список олимпийских игр, из чего следует то, что скорее всего появятся секции, в которых более опытные "спортсмены" будут обучать желающих (начинающих) данному виду «спорта». Позже стали появляться VR игры (Virtual Reality), смысл которых, надев специальные очки, полностью перенестись в виртуальный мир. В наше время создаются организации, перестраивающие обычные этажи здания в этажи, под определённые уровни VR игр, но данные организации существуют пока только в США. Суммируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что игровая индустрия развивается с немыслимой скоростью. Кто знает, что будет завтра?      

Термином компьютерная игра (или иногда используют неоднозначный термин видеоигра) обозначается компьютерная программа, которая служит для организации игрового процесса (геймплея), связи с партнёром по игре, или сама выступающая в качестве партнёра. Компьютерные игры часто создаются на основе сторонних источников, таких как фильмы или книги, но в последнее время стали появляться обратные случаи, когда по известной игровой серии начинают выпускать дополнительные материалы, расширяющие вселенную игры.

Компьютерные игры классифицируют по нескольким основным признакам:

1.        Жанр;

2.        Количество игроков;

3.        Визуальное представление;

4.        Платформа.

Жанр игры определяется целью и основной механикой игры.

Аркада (Arcade), приключенческая игра (аdventure), ролевая игра (RPG), экшен (Action), стратегическая игра (Strategy), Компьютерный симулятор, (simulator) головоломка (Puzzle).

По количеству игроков игры разделяются на два вида:

•        однопользовательские;

•        многопользовательские;

По визуальному представлению компьютерные игры можно разделить на следующие виды:

•        текстовые – минимальное графическое представление, общение с игроком проходит с помощьютекста;

•        2D–все элементы отрисованы в виде двумерной графики (спрайтов);

•        3D–все        элементы        отрисованы        в        виде        трехмерной        графики        (3D–модели).

Ход работы в  Unity.  

Для работы на движке Unity для начала, необходимо его скачать, установить и настроить, поэтому нам надо перейти на официальный сайт (https://unity3d.com/ru) и скачать саму программу. Тут есть 3 типа: personal, plus и pro, мы выбираем personal, т.к. мы не собираемся делать какую-нибудь 2D игру с огромным бюджетом, командой профессионалов и всякие навороченные настройки нам не понадобятся. После скачивание устанавливаем Unity на любое место в нашем компьютере, куда хотим и как нам будет удобнее. Особо менять настройки нам не придётся, мы начнём создавать наш проект с настройками по умолчанию и уже по ходу работы будем их корректировать. 

          Перед началом разработки проекта, необходимо написать сценарий игры, представляющий собой краткий синопсис сюжета с описанием основных персонажей, а так же описание уровней игры. На его основе в дальнейшем будут разрабатываться первые концепты персонажей и уровней.

Мы создали игру  в которой 10 уровней. На каждом уровне один вопрос . Цель игрока – собирать очки, отвечая на вопросы и преодолевая препятствия .

Стоит принять во внимание, что основные этапы реализации проекта, а именно разработки графического оформления и разработка игры, проходили параллельно друг другу. Этому способствовал тот факт, что для написания программного кода необязательно наличие готовых анимаций и прочего, а для проверки работоспособности самого кода достаточно стандартных примитивов Unity. Так же такой способ реализации проекта значительно увеличивает скорость работы.

Прежде всего, стоит выделить основные понятия, такие как тайл (Tile) и спрайт(Sprite).

Тайл (Tile) – небольших размеров повторяющийся фрагмент, который служит для постройки изображений больших размеров (Тайловая графика). Часто используется для создания уровней для двумерных игр.

Спрайт (Sprite) – графический объект, представляющий собой растровое изображение. Используется в компьютерной графике как основная единица для анимаций двумерных объектов.

Этап разработки игры

При запуске Unity мы увидим окно проекта , посередине находятся окно сцены, окно анимации, а так же окно игры. Первое служит для создания общей композиции уровня и добавления новых объектов, второе представляет возможность для создания и редактирования анимации объектов, третье окно представляет вид из камеры показывая, каким образом будет выглядеть игра на данный момент.

Слева находится окно иерархии, здесь показываются все объекты, участвующие в данной сцене. С самого начала здесь находится только камера.

Справа окно инспектора, здесь отображаются все текущие свойства

выбранного объекта.

Снизу находятся три окна: окно проекта, окно аниматора и консоль. В окне проекта отображаются все объекты, добавленные в текущую игру, в том числе скрипты, анимации и прочее. В окне аниматора создаются связи и правила перехода между различными анимациями.

Консоль служит для отображения ошибок и исключений возникающих во время работы игры.

Прежде всего, нам необходимо добавить в сцену платформу, по которой будет перемещаться наш герой. Без неё игрок просто будет бесконечно падать в пространстве. Сначала нам необходимо добавить сам спрайт платформы, который был создан ранее, для этого достаточно просто перетащить его из папки в окно проекта, после чего он должен появиться среди всех объектов уже добавленных в игру. После этого нам необходимо добавить нашу платформу в текущую сцену.

Unity позволяет сохранять объекты, со всеми добавленными свойствами и скриптами для того, что бы потом их можно было повторно использовать, просто переместив на сцену, не создавая заново новый объект. Такой объект называется Префаб и для его создания достаточно просто переместить созданный объект из окна Иерархии в окно Проекта. Для префабов имеет смысл создать отдельную папку, дабы они не терялись среди прочих элементов игры.

Теперь создаем героя игры. Для этого так же добавляем двумерный объект, и добавляем к нему спрайт героя.

Когда наш герой, перемещается по препятствиям, отвечает на вопросы в виде  теста. Вопросы  из курса 7 класса по информатике. Если наш герой ответить правильно ,то идет дальше .А если  нет, то он дальше двигаться не сможет, т.к. игра  окончено. Поэтому  наш игрок должен будет открыть книжку и прочитать  нужный параграф ,чтобы ответить правильно и продолжать игру.

Заключение.

Создание игр привлекает многих начинающих программистов. За последние несколько лет ,было создано множество разнообразных игровых движков, каждый из которых обладает уникальными и интересными возможностями.

 Unity является отличной программой для новичков, которые не имеют большой команды людей, но хотят начать создавать игры и зарабатывать на них деньги.

 В ходе моего проекта, на основе полученных знаний я смог написать программу для простой игры на проверку знаний у школьников  для ПК. Мы с учительницей сделали апробацию этой игры в 7 классе. Всем очень понравилась, играя, проходит  тест.

Теперь я, с заложенной базой знаний, могу спокойно приступать к созданию своего ультра-популярного приложения  для школьников по различным предметам.

                                                                         Литература

1. Ильин В. Основы создания 2D персонажа в Unity 3D 4.3 [Электронный ресурс]/ Ильин Вячеслав // Хабрахабр. — Режим доступа: https://habrahabr.ru/post/211472/ (дата обращения:04.05.2017).
2. Компьютерные игры как искусство [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://gamesisart.ru
3. Торн А. Основы анимации в Unity [Текст]: учебное пособие/ Алан Торн– ред.: Д. Мовчан, переводчик: Р. Рагимов – Москва: ДМК, 2016 –176с.
4. Хокинг Дж. Unity в действии. Мульти платформенная разработка на C# [Текст]: учебное пособие/ Джозеф Хокинг – Санкт-Петербург: Питер, 2016 – 336с.
5. Create Level in Tiled, Import to Unity using Tiled2Unity,YouTube [Электронный        ресурс]:видеоролик.
6. Unity3d [Электронный ресурс].
7. Программы для создания игр [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gamesisart.ru/game_dev_programms.html

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская СОШ им.Ф.Г.Яруллина»

Бавлинского муниципального района РТ

Проектная работа на тему

«Создание многофункционального Чат-бота»

Работу выполнил : ученик 8 класса

Кашапов Айнур Марселевич

Руководитель  : учитель физики и

Информатики Залеева Л.Р.

        Бавлы 2024 г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ3

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ О ЧАТ-БОТАХ5

1. История создания чат-ботов5
2. Принцип работы чат-ботов8
3. Виды и функционал чат-ботов10
4. Современные возможности чат-ботов12

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ ЧАТ-БОТА В МЕССЕНДЖЕРЕ «TELEGRAM» 13

1. .    Этапы разработки чат-бота 13
2. .  Перспективы развития чат-бота 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ20

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир немыслим без интернет-технологий, которые постоянно развиваются. То, что вчера казалось фантастикой, сегодня становится реальностью. Особенно бурно развиваются новые системы искусственного интеллекта. Виртуальный собеседник перестает быть живым человеком, на его смену приходят различные программы. Их функция не только развлекать, но и быть надежным помощником в повседневной работе. Таковы чат-боты – одна из самых прогрессивных и перспективных технологий в мире интеллекта.

Чат-боты – это виртуальные собеседники, программы, имитирующие живого человека. В основу работы положен алгоритм искусственного интеллекта. Взаимодействие обычно проходит через интернет-чат. Задача таких ботов заключается в облегчении повседневных задач человека. С ростом популярности мессенджеров место чат-ботов в этой мобильной среде становится все заметнее. Они способны отвечать на сообщения, продавать товар, анализировать рынок, быть компаньоном или просто сотрудником.

Таким образом, актуальность данного проекта заключается в невероятном пике популярности технологий мессенджинга и чат-ботов. Данная технология востребована на различных рынках: от рекламы до разработки программного обеспечения. В своей работе я бы хотел показать значимость и работу чат-ботов в настоящее время.

Проблемой, заложенной в проекте, является непонимание многих людей того,  для чего необходимы чат-боты в социальных сетях.

Объект исследования: чат-боты на базе мессенджеров.

Предмет исследования: анализ необходимых для разработки возможностей чат-ботов на базе мессенджера и их внедрение в конкретном чат-боте (являющимся конечным продуктом проекта).

Целью проекта является проведение исследования, касающегося структуры работы, функции чат-ботов; создание собственного чат-бота в мессенджере «Telegram».

Для достижения цели необходимо решить следующий ряд задач:

1. Ознакомиться с историей появления чат-ботов;
2. Изучить теоретические аспекты по работе чат-ботов в сети Интернет;
3. Исследовать практические инструменты и методы разработки функционала для чат-ботов;
4. Создать собственного чат-бота со своим функционалом;
5. Проследить перспективы развития данного проекта.

Гипотеза моего проекта заключается в том, что чат-боты могут быть необходимы всем, кто хочет сделать свою жизнь, коммуникации и работу намного проще и качественнее благодаря компьютерным технологиям.

При разработке данной темы проекта были использованы следующие методы исследования: теоретический методы: анализ, обобщение, систематизация, синтез, а также эмпирические методы: моделирование, программирование. Проанализированы интернет-ресурсы, печатные и электронные ресурсы.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ О ЧАТ-БОТАХ

1. История создания чат-ботов

Чат-боты в том виде, в котором мы их сейчас знаем существуют с середины 1960-х годов. Английский ученый-компьютерщик Алан Тюринг в 1950 году написал научную статью под названием «Вычислительные машины и интеллект». В своей статье ученый высказал мысль о том, что компьютерная программа может думать и говорить как человек. Чтобы доказать это, Тьюринг предложил провести эксперимент под названием «Имитационная игра», который сегодня известен как тест Тьюринга.

В эксперименте Тьюринга человек, назначенный судьей, разговаривал по компьютеру с человеком и машиной, которых нельзя было увидеть. Задача судьи заключалась в том, чтобы отличить компьютер от реального человека. Тьюринг предположил, что, если судья не может сказать, какие ответы принадлежат компьютеру, это докажет, что тот способен имитировать человеческий язык. Он полагал, что к 2020 году машины смогут легко пройти его испытания.

В 1996 году в лаборатории искусственного интеллекта (ИИ) Массачусетского технологического института Джозефом Вейценбаумом была создана первая в мире программа-чаттербот – ELIZA, которая приняла образ психотерапевта. Она была предназначена для взаимодействия с людьми путем имитации человеческого разговора с использованием запрограммированных ответов.ELIZA исследовала ключевые слова, полученные в качестве пользовательского ввода, а затем активировала запрограммированный вывод на основе определенного набора правил.  Она не обладала структурой для понимания контекста разговоров и отвечала на запросы только путем анализа введенных пользователем подсказок.

В 1971 году Кеннет Марк Колби – психиатр из Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта – задавался вопросом, могут ли компьютеры способствовать понимаю функций мозга.

Он считал, что компьютер может помочь в лечении пациентов с психическими заболеваниями. Эти мысли привели Колби к разработке чат-ботаPARRY, выступающего в роли пациента, страдающего параноидальной шизофренией. У него была своя «личность», а также он определял ответы на основе системы предположений и «эмоциональных ответов», активируемых изменением высказываний пользователя. Интересным является то, что только около 48% психиатров смогли отличить PARRY от настоящего параноика. В январе 1973 года, американский ученый ВинтонСерф решил свести двух ботов лицом к лицу. В результате чего чат-бот ELIZA провела с PARRY сеанс психотерапии. Данный разговор стал одной из первых вех в истории чат-ботов.

Созданный в 1988 году программистом-самоучкой Роллом Карпентером чат-бот Jabberwacky пытался стимулировать естественные человеческие разговоры в развлекательной форме.  Он отличался от всех предыдущих чат-ботов, у которых были статические базы данных, поскольку данный бот учился на прошлом опыте и со временем развивался.

В 1992 году для MS-Dos был создан чат-бот Dr.Sbaitso. Он был разработан для демонстрирования своей способности генерировать синтезированный голос с помощью звуковых карт. Разговор с ним был похож больше на сеанс с психологом, поскольку большинство вопросов, которые он задавал, были на уровне «Почему вы так себя чувствуете?». Бот избегал более сложных взаимодействий.

Ричард Уоллес, другой выдающийся ученый-компьютерщик, также был вдохновлен работой Джозефа Вейзенбаума и разработал в 1995 году своего чат-бота ALICE. Данный бот имеет открытый исходный код, что означает, что его могут повторно использовать другие разработчики для работы своих чат-ботов. Так более 500 добровольцев внесли свой вклад в бота, создав 100 000 строк AIML для воспроизведения ALICE в разговоре. Кроме того, ALICE стала источником вдохновения для американской научно-фантастической романтической драмы «Она».

В 2001 году были заложены основы популярной Siri, а появление бота Smarter Child показало, что людям нравится общаться с умной машиной, которая имеет характер и может дать полезные советы. С ботом болтало более 30 тысяч пользователей AIM и MSN.

С появлением больших данных понадобилась система, которая может обработать, проанализировать и извлечь нужную информацию. В 2006 г. компания IBM начала разработку бота Watson. Он способен обрабатывать естественный язык и обучаться в процессе общения. Watson мог сразу ответить на любой вопрос, например, как открыть счет в банке или что подарить маме.

С 2010 года, когда Apple запустила Siri, количество виртуальных помощников только росло. Siri стала первым персональным помощником, доступным во всем мире. Компания Google выпустила GoogleNow в 2012 году. В 2014 году были созданы MicrosoftCortana и AmazonAlexa, а в 2017 году «Яндекс» представил русскоязычного голосового помощника «Алиса».

В 2016 году была открыта платформа Messenger для чат-ботов. В 2018 году LiveChat выпустил ChatBot  – фреймворк, позволяющий пользователям создавать чат-ботов без программирования. На данный момент в Messenger насчитывается более 300 000 активных ботов.

Осенью 2020 года в Jivo появилась поддержка чат-ботов. С этого момента клиенты Jivo могут доверить чат-боту сократить нагрузку на службу поддержки, обработать входящие сообщения в любое время суток или помочь отделу продаж отыскать наиболее заинтересованных клиентов.

Таким образом, на сегодняшний день чат-боты используются в самых разных сферах – от развлечений до привлечения новых клиентов. И чтобы добиться таких результатов, технологии пришлось пройти большой путь.

2. Принцип работы чат-ботов

Чат-боты на основе искусственного интеллекта, автоматизированных правил, обработки естественного языка (NLP)  и машинного обучения (ML) обрабатывают данные и предоставляют ответы на все типы запросов. Чат-боты могут быть созданы на любом языке программирования, который имеет функцию webAPI. Чаще всего встречаются Node.js и PHP, а также многие другие библиотеки, поддерживающие Java и Python.

Наибольшее распространение получили следующие два вида ботов:

• Декларативные чат-боты, ориентированные на выполнение задач,– это программы, основной целью которых является выполнение одной функции. Данные чат-боты используют правила, обработку естественного языка и методы машинного обучения для автоматического ответа на запросы пользователей, но при этом делают это в интерактивном режиме. Общение с ними должно быть высокоструктурированными, поэтому они используются в основном для выполнения функций поддержки и обслуживания, например, в интерактивных полуфункциональных  сервисах вопросов и ответов.

Чат-боты, ориентированные на решение задач, могут отвечать на стандартные вопросы, например, о времени работы того или иного учреждения, или выполнять простые операции без множества различных переменных. Несмотря на то, что в них используются принципы NLP для того, чтобы пользователи могли общаться с ними в режиме диалога, их возможности достаточно ограниченны. В настоящее времятакие чат-боты являются наиболее распространенными.

• Предиктивные чат-боты на основе данных, работающие в режиме диалога,–таких чат-ботов часто называют виртуальными помощниками или цифровыми ассистентами. Они более совершенны и персонализированы, чем чат-боты, ориентированные на выполнение задач. Эти чат-боты учитывают контекст и обучаются, используя принципы понимания естественного языка (NLU), NLP и машинного обучения.  

Кроме того, они применяют предсказательные и аналитические возможности для персонализации на основе профиля пользователя и его поведения в прошлом. Цифровые помощники также могут изучать предпочтения пользователя в течение времени, давать советы и прогнозировать их потребности. Они могут инициировать диалог, отслеживать данные и намерения. Примерами предиктивных чат-ботов, основанных на данных и ориентированных на потребителей, являются Siri от Apple и Alexa от Amazon.

Современные цифровые помощники также могут объединять данные с нескольких узкоспециализированных чат-ботов, собирать различные типы информации от каждого из них и объединять эту информацию для выполнения ситуационных задач так, чтобы чат-бот при этом не терял линию диалога.

3. Виды и функционал чат-ботов

Выделяют несколько видов чат-ботов:

• Консультанты  – от простых менеджеров в интернет-магазинах до медицинских и юридических услуг. В их обязанности входит общение с потенциальными и реальными клиентами, отвечая на всевозможные вопросы.
• Продавцы – главная задача такого чат-бота – увеличение числа заказов. Они могут предложить покупателю купить какой-либо товар или воспользоваться услугой. Также он может предложить дополнительные опции к заказу. При настройке интеграции с платежной системой, помощник сразу выставит покупателю счет или переведет на страницу онлайн-оплаты.
• Помощники – таких чат-ботов можно встретить в различных мессенджерах и поисковиках. Они помогают при поиске информации, а также проводят ее первичный анализ.
• Психолог – при стрессе или депрессии людям бывает сложно поговорить с кем-либо о своих проблемах. Многим в сложных жизненных обстоятельствах как раз и помогают чат-боты. Такая программа спрашивает у пользователя о его настроении, самочувствии, планах на день и других аспектах психологического здоровья. Один из самых успешных проектов в этой сфере – виртуальный помощник Woebot, разработанный учеными из Стэнфорда.
• Развлечения – зачастую это виртуальный собеседник, который отвечает на вопросы. Программы обучаются на оставленных сообщениях, и со временем могут заменить реального собеседника.
• Интерфейс – основная задача такого чат-бота – предоставление пользователям доступа к различным сервисам бизнеса. В таком качестве могут выступать веб-виджеты или популярные мессенджеры.
• Бизнес чат-боты – задачей данных программ является оптимизация работы, сделав ее более эффективной.

Большой популярностью они пользуются у брокеров и трейдеров, когда нужно срочно узнать состояние биржи. Также зарекомендовали себя для сбора статистических данных о той или иной онлайн-компании. Не редко используются как обычный ежедневник.

Спектр возможностей чат-ботов ограничивается лишь тем, способен ли человек конкретизировать операцию и создать на ее основе пошаговый алгоритм действий. Чат-боты помогают:

• Оптимизировать работу. Бот отвечает на распространенные вопросы посетителей сайта, переводя их на специалистов лишь для решения нестандартных задач;
• Сократить временные и трудозатраты. Одна программа, которая решает большую часть вопросов, дает возможность сократить до минимума штат сотрудников, принимающих звонки;
• Организовать круглосуточное взаимодействие с клиентами. Чат-бот, который был разработан под конкретный бизнес, в любое время дня и ночи может осуществлять сделки без наблюдения специалиста;
• Повысить уровень продаж. Чат-боты способны отвечать на вопросы посетителей и предлагать возможность безопасно оплатить заказ, не покидая диалоговое окно. Это способствует росту количества сделок после первого посещения сайта фирмы;
• Персонализировать коммуникацию с клиентом. Чат-бот способен анализировать личные данные посетителя и его запросы в сети;
• Исключить человеческий фактор. Чат-бот не страдает «плохим» настроением или отсутствием опыта в разрешении конфликтов. Его ответы соответствуют заданной тональности и содержат конкретные грамотные выражения.
• Анализировать и систематизировать результаты. По запросу система обеспечит пользователя аналитической информацией и цифрами о результатах выполненной работы, систематизирует процесс продажи.

4. Современные возможности чат-ботов

Благодаря своим качествам чат-боты приобрели широкое распространение. Они могут предоставлять консультации по различным вопросам в сферах медицины, закона и права, страхования, покупок и продаж, инвестирования и других областей.

Фактически, современный бот может ответить на любой вопрос, и все, что необходимо сделать, – это загрузить в него информацию. Ключевой особенностью таких программ является то, что они быстро работают и практически не допускают ошибок.

Одной из популярных в настоящее время функций является органайзер, когда чат-бот самостоятельно составляет расписание, анализируя полученный код и предоставляя несколько вариантов распределения времени. Можно сказать, что бот выполняет роль секретаря, помогая экономить время и деньги.

Чат-боты занимают и место среди помощников в поисковиках и месседжерах. Так «Яндекс» и «Telegram» уже давно активно предлагают своим пользователям вспомогательные программы. В круг их обязанностей входят как простой поиск, так и аналитика.

В сфере развлечений чат-боты используются в качестве интерактивных собеседников или как образовательные программы, что пользуется особым интересом у детей.

В онлайн играх нередко встречаются боты, которые автоматизируют процесс игры, когда на самом деле от имени пользователя играет компьютер.

Современные возможности чат-ботов постоянно совершенствуются и расширяются. Сейчас их можно встретить и в социальных сетях, и в серьезном бизнесе. Искусственный интеллект не ошибается, при этом значительно экономит время. В эти технологии сейчас вкладываются большие деньги, а круг распространения очень широк.

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ ЧАТ-БОТА В МЕССЕНДЖЕРЕ «ТЕЛЕГРАМ»

2.1. Этапы разработки чат-бота

1. СОЗДАНИЕ БОТА.

В качестве практической части своего проекта я решил создать собственного чат-бота. Первым делом я создал Telegram чат бота используя официальный чат бот от Telegram

BotFather. После я настроил его. И у меня получился вот такой бот(рис.1):

Рисунок 1

2. СКАЧИВАНИЕ И НАСТРОЙКА ПРОГРАММ.

Скачиваем и устанавливаем Pycharm и Python.

3. ПОДКЛЮЧЕНИЕ БОТА К КОДУ.

От BotFather получаем ключ(рис.2) к боту и вставляем его в наш код(рис.3)

Рисунок 2

Рисунок 3

4. Обработка команды /start.

Я написал код чтобы когда пользователь нажимал на кнопку начать бот писал приветствие и предлагал выбрать функцию(рис.4)

Рисунок 4

5 .ФУНКЦИОНАЛ ЧАТ-БОТА.

2 функция - это поиск в интернете. Пользователь пишет боту какой либо запрос. Например: Python. А бот с помощью интернета находит и отправляет ссылку  на ответ пользователю(рис.5)

Рисунок 5

2 функция – это прогноз погоды. Бот спрашивает у пользователя город. С помощью  сайта openweathermap узнает прогноз погоды и отвечает пользователю сколько градусов на улице и дает совет как одеться(рис.6)

Рисунок 6

Если пользователь напишет заместо названия города/села какой либо другое слово то бот выдаст ошибку(рис.7).

Рисунок 7

3 функция – это Калькулятор Индекса Массы Тела. Бот просит пользователя ввести свой рост в сантиметрах, после вес. И с помощью специальной формулы считает ИМТ человека, делает вывод и дает совет(рис.8).

Рисунок 8.

4 функция – это отправление Анекдотов. Бот просит пользователя нажать на кнопку Далее после с помощью HTML коперайсинга выдает пользователю анекдот с сайта:

https://www.anekdot.ru/last/good/ (рис.9)

Рисунок 9.

6. БИБЛЕОТЕКИ ДЛЯ НАПИСАНИЯ БОТА.

import telebot
from telebot import types
import requests
import json
from bs4 import BeautifulSoup
import random

2.2. Перспективы развития чат-бота

В результате работы над проектом я создал свой собственный чат-бот в Telegram, не имея при этом углубленных знаний в изучении языков программирования. В настоящее время бот способен выполнять только определенное количество простых команд, но в будущем я планирую повышать его функциональность.

Таким образом, перспективы развития данного проекта следующие:

1. Изучить язык программирования Python и написать на нем упрощенный программный код бота;
2. Добавить больше полезных и необходимых функций.
3.      Монетизировать свой Telegram бот.Й!

На боте можно заработать, а точнее на той аудитории, которая будет пользоваться им. Первый из способов – это создание бота с набором аудитории и его продажи в качестве готового бизнеса. Второй вариант – продажа рекламы в боте по музыкальной или иной тематике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе написания данной работы были проанализированы и исследованы основные функции и принципы работы чат-бота, с целью разработки собственного бота в мессенджере.

В первой главе проекта были рассмотрены теоретические основы работы с чат-ботами. Мы познакомились с  историей создания чат-ботов, принципами их устройства. Исследовали возможные виды и функции, а также современные возможности чат-ботов.

Во второй главе были исследованы практические инструменты и методы разработки функционала для чат-ботов, расписаны этапы и алгоритм создания собственного чат-бота в мессенджере Telegram, рассмотрены его дальнейшие перспективы развития.

За все время создания проекта я более подробно узнал о том, что такое чат-боты, познакомился с различными способами создания ботов и создал собственный чат-бот. Проделанное мною исследование показало, что чат-боты оказались бесценными в современном мире. Благодаря появлению различных программ жизнь человека становится более автоматизированной, а поиск информации – менее затратным процессом. Считаю, что чат-боты будут прогрессировать, а спрос на них только еще больше возрастет.

Таким образом, данная  работа содержит руководство по созданию чат-бота в мессенджере, а также придание ему первично-необходимой функциональности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецов В.В. Перспективы развития чат-ботов // Успехи современной науки. – 2016. - №12, С. 16-19.
2. СриниДжанарсанам. Разработка чат-ботов и разговорных интерфейсов // С. Джанарсанам. – Изд-во: ДМК, 2019. – 342 с.
3. Тугушева Н.А. Использование чат-ботов в различных сферах повседневной жизни / Н.А. Тугушева  // Молодой ученый. – 2017. - №21 (155). – С.36-39.
4. Шауар Б. и Этвел Э. Chatbots: они действительно полезны? // Форум LDV. – 2007. – Т.22. - №1. – С.29-49.
5. Чат-боты [Электронный ресурс]: Сургай. Школа интернет-маркетологов. – Режим доступа: https://surgay.ru/blog/vidy-chat-botov/#2 (дата обращения: 05.02.2024).
6. Чат-боты: настоящее и будущее искусственного интеллекта [Электронный ресурс]: Promdevelop. – Режим доступа: https://promdevelop.com/technologies/chatbots/ (дата обращения: 10.02.2024).
7. Как использовать чат-ботов: сценарии и примеры [Электронный ресурс]: Uplab. – Режим доступа: https://www.uplab.ru/blog/how-to-use-chat-bots/ (дата обращения: 25.02.2024).

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская  средняя общеобразовательная школа имени Ф.Г Яруллина»

Бавлинского муниципального района РТ

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА  

НА ТЕМУ

«Создание приложения с дополненной реальностью по предметам физики и химии»                                                                 

                                       Работу выполнил:

                                                                                                         ученик 7 класса      

                                                                                                          Инсапов Данияр

                                Руководитель:

Залеева Ландыш Равилевна,

учитель физики  и информатики

высшей квалификационной категории

Бавлы ,2024 г

Содержание.

1.       Введение……………………………………………………….………3    

2.      Этапы выполнения проекта...................................................................4

3.      Заключение.............................................................................................7

4.      Список источников................................................................................08

Введение

Стремительно развивающиеся технологии позволяют творить настоящие чудеса, которые еще вчера казались невозможными.

Дополненная реальность (AR) - позволяет совместить реальный объект и виртуальный, с помощью компьютерных устройств – планшетов, смартфонов, очков и шлемов дополненной реальности, а также программного обеспечения к ним, которых существует большое количество.

Основные признаки дополненной реальности — это интерактивность и трехмерное представление объекта.

Дополненная реальность используется в видеоиграх, рекламе, внедряется во многие сферы нашей жизни: здравоохранение, образование и наука.

Приложения дополненной реальности позволяют визуализировать объекты, используя пространство реального мира. С развитием этой технологии появилась возможность расширить способы получения информации об объектах.

С помощью технологии дополненной реальности в данном проекте было создано приложение, которое позволит учащимся познакомиться с экспериментами по физике и химии. В приложении можно изучить разные реакции и физические формулы и посмотреть видео.

Данное приложение будем использовать на уроках физики и химии.

Цели и задачи работы

Цель: создать приложение для уроков химии и физики.

Задачи:

-собрать материал о формулах из этих уроков;

-изучить технологию дополненной реальности;

-создать все необходимые объекты для создания приложения;

-изучить программу для создания AR-приложения;

-создать AR-приложение.

Предмет исследования: готовое приложение для уроков химии и физики.

Гипотеза: изучив программу Vuforia Engine, я смогу самостоятельно создать работающее приложение  по физике и химии .

Этапы выполнения проекта

Этап 1. Изучение предметной области и анализ рынка.

Этап 2. Изучение функциональных возможностей программного пакета для проектов дополненной реальности Vuforia Engine в применении к проектам «AR» направленности.

Этап 3. Составление подробного технического задания и сценария для AR проекта, обучение работе с графическими редакторами.

Этап 4. Разработка/создание/сбор материалов для AR проекта и параллельная разработка проекта в программе Unity с использованием пакета Vuforia Engine.

Этап 5. Тестирование и внедрение AR проекта, сбор отзывов, подготовка материалов к защите проекта на финале.

Этап 1.

На первом этапе мы обозначили проблему, на решение которой нацелен наш проект, и целевую аудиторию.

Проблема. Как учить детей физике и химии? Как сделать уроки интересным, увлекательным, запоминающимся? Традиционное посещение уроков не в полной мере оправдывает ожидания. Не хватает современных (новых) форм проведения уроков.  

Данные проведенного опроса показали, что на уроках мало наглядности, простые картинки – это скучно. Проанализировав ситуацию, мы считаем, что использование технологии дополненной реальности поможет в решении этой проблемы.

Целевая аудитория. Основные потребители нашего продукта – это учителя физики и химии, а также учащиеся 7-11 классов. Это любознательные ребята, живущие среди новых технологий, им интересно все необычное и инновационное, поэтому возможность побывать на уроках с дополненной реальностью им интересна. Использование AR технологии даст возможность к развитию пространственного мышления, повысит уровень усвоения материала.

Так как AR приложения можно использовать практически на всех выпускаемых гаджетах, то любой пользователь сможет использовать наше приложение.

Наш проект можно будет использовать при проведении обычных уроков и при проведении лабораторных и практических работ.

Этап 2

Изучение функциональных возможностей программного пакета для дополненной реальности Vuforia Engine.

Vuforia Engine (прежнее название Vuforia SDK)– это программный комплекс, который включает в себя платформу дополненной реальности и инструментарий разработчика программного обеспечения дополненной реальности (SDK – Software Development Kit). Vuforia Engine интегрирована с «игровым движком» Unity 3D, что значительно облегчает разработку AR-приложений.

Vuforia Engine обеспечивает:

•        Простоту создания сценариев работы с объектами AR на базе самого популярного и свободно-распространяемого «движка» AR.

•        Неограниченное повторное использование 3D-данных.

•        Использование широкой номенклатуры пользовательских устройств (iOS, Android, UWP).

Для работы с Vuforia Engine требуется наличия специального оборудования:

        Компьютер/ноутбук с системой Windows и веб-камера для личного использования.  

        Проектор и экран (для работы с большой аудиторией).  

        Наглядные печатные материалы с метками дополненной реальности (готовые или разработанные самостоятельно).

Этап 3

С развитием технологии дополненной реальности появилась возможность расширить способы получения информации об опытах и реакциях, самостоятельно ознакомиться с свойствами веществ, сделать информацию доступной и легкой для восприятия. Когда теоретический материал визуализирован это облегчает запоминание и развивает пространственно-образное мышление.

Сценарий приложения.  

В проекте мы используем маркерную технологию.

Маркерная AR создается с помощью технологии распознавания изображений. Эта технология определяет объекты, которые были предварительно добавлены в базу данных AR-устройства или приложения. Когда объекты появляются перед вами, маркеры помогают определять их положение и ориентацию камеры. Переключив режим камеры на градацию серого, можно сравнить маркер с другими маркерами в банке информации. Обнаружив соответствие, устройство автоматически определит позицию для размещения AR-изображения.

При запуске приложения появляется надпись: “Дополненная реальность в физике и химии”.  

Далее появляется текст с инструкцией “Наведите камеру на карточки с формулами”.

При наведении устройства на формулу появляется карточка с соответствующим опытом.

На данном этапе созданы 4 анимации с опытами, 2 по физике, 2 по химии.

Этап 4 Дополненная реальность на уроках

Обычно в школе информацию получают от учителя, учебника энциклопедий и справочников. С развитием технологии дополненной реальности появилась возможность расширить способы получения информации о химических реакциях более интересным и увлекательным, познавательным.  

При наведении мобильного устройства (телефона или планшета) на специальные метки можно увидеть презентацию об объекте, прослушать рассказ, рассмотреть его устройство. Можно оживить объект, оказавшись рядом с этим объектом, даже поиграть с ним.

Создание приложения.

Для разработки приложения выбрал две формулы по физике и две по химии. Эти формулы распечатал на карточках. Эти карточки есть маркеры.

 Первая формула по физике – это t = S : v. Для этой формулы выбрал два автомобиля, которые едут с разной скоростью, определенное расстояние.  

Вторая формула по физике – это архимедова сила. При наведении камеры гаджета на формулу, появляются объекты данного эксперимента: стакан с водой, яйцо, ложка и соль. В начале яйцо опускается в стакан с чистой водой, яйцо тонет. При добавлении соли в стакан с водой – яйцо всплывает.

Первая карточка по химии – взаимодействие цинка с соляной кислотой.

Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2 . В химический стакан наливается соляная кислота, туда добавляется несколько гранул цинка. Начинается химическая реакция – на гранулах цинка выделяются пузырьки.

Вторая карточка по химии – это взаимодействие щелочи с кислотой.

NaOH + HCl  NaCl + H2O . В химический стакан наливается щелочь и добавляется несколько капель фенолфталеина, раствор окрашивается в малиновый цвет. За тем добавляется кислота – раствор становится прозрачным.

Этап 5. Тестирование и внедрение AR проекта, сбор отзывов

Тестирование проекта.  Свое приложение показал учителям физики и химии. Данное приложение им очень понравилось. Попросили дополнить коллекцию формул. Также своё приложение продемонстрировал своим одноклассникам на уроке физике. Они предложили анимировать все физические и химические формулы.

Заключение

Создал приложение дополненной реальности, которое знакомит с физическими и химическими явлениями.

Показал учителям физики и химии. Получил положительные отзывы и попросили дополнить ещё несколькими опытами.

Работая над этим приложением, подтвердилась важность соблюдения этапов проектирования при его создании, структура проработки сценария. Я получил большой опыт при создании приложения, также графических элементов, создании анимации, рассмотрел множество вариантов работы приложения.  

 Данное приложение будем использовать на уроках физики и химии. В дальнейшем я продолжу дополнять опыты. Учащиеся, используя технологию дополненной реальности смогут более подробно ознакомиться с физическими и химическими явлениями.

Список источников

1.        Физика. Перышкин И. М. - Иванов А. И. М. Просвещение 2020

2.        Химия. Габриелян О. С., Остроумов И. Г., Сладков С. М. Просвещение 2020

3.        https://ru.wikipedia.org/wiki/  

4.        http://www.autodesk.ru/

5.        https://developer.vuforia.com/

6.        https://unity.com/ru

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская  СОШ им.Ф.Г.Яруллина»

Бавлинского муниципального района РТ

Научно-исследовательская работа

по физике

«Зарядное устройство из овощей и фруктов»

                                                                            Работу выполнили:  ученики 8 класса

                                                             Нурутдинова Айгиза,Миннуллина      

                                                                 Аделя,Фатхутдинова Амелия

                                                                 Руководитель:  учитель физики и

                                              информатики Залеева Л.Р.

Бавлы 2021 г

Содержание

Введение…………………………………………………………………………......3

1.         Понятия батарейки и немного истории………………………………..5

2.        Как работает батарейка …………………………………………………6

3.         Эксперимент по созданию фруктовой и овощной батареек и определение напряжения ,силы тока таких батареек……………………………………………………………………7

4.        Практическое применение овощной и фруктовой батареек………...9

Заключение…………………………………………………………………….......10

Литература……………………………………………………………………........11

Введение

Наша  работа посвящена необычно вкусным  источникам энергии. Российские ученые давно выяснили, что обычные овощи и фрукты полезны не только с точки зрения питания. Апельсины, лимоны и другие фрукты и овощи — это идеальный электролит для выработки бесплатного электричества, правда не столь мощного, как у обычных батареек.

В интернете мы  прочитали  о том, что индийские ученые работают над созданием необычных батареек для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить стенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.

Еще  узнали, что компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, работающую на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах.

А группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.

Мы  задумались  над вопросом, зачем люди тратят время на создание «фруктовых» батареек, ведь уже создано большое разнообразие  батареек, аккумуляторов и других элементов питания. Ответ показался нам очевидным. Мы очень часто покупаем элементы питания для игрушек, часов, фонариков, телефонов. На это тратятся денежные средства. Возможно, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками, тогда будет экономия.

Если верить интернет-источникам, то когда у нас дома отключат электричество, мы сможем освещать наш дом или  зарядить  телефоны с  помощью  фруктов и овощей.

Мы  решили  проверить лично, возможно такое или нет.

В данном проекте нами  была исследована возможность получения источника тока  из фруктов и овощей.

Актуальность работы .На сегодняшний день мы не можем представить свою жизнь без электричества. Электричество является составной частью природы, окружающего мира. Оно присутствует во всём: в каждой частичке нашей планеты, в пространстве, в самом человеке.

В настоящее время актуален вопрос поиска безвредного для экологии биологически активного источника энергии.

Цель работы: Проверить могут фрукты и овощи выполнять роль источника тока.

Задачи:

1. Ознакомиться с принципом работы батарейки.
2. Экспериментально определить  напряжение  и силу тока таких батареек.
3. Получить электричество из овощей и фруктов.
4. Зарядить  телефон с помощью  овощей и фруктов.

Предмет исследования: изучение овощных и фруктовых  источников тока.

Объект исследования: фрукты и овощи.

Гипотеза: Фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ (электролитов), то из них можно сделать гальванический элемент химический источник тока(батарейку).

.

1. Понятия батарейки и немного истории.

Батарейка – это источник питания, который вырабатывает электричество под действием химического процесса.

Батарейка. Это слово плотно вошло в нашу повседневную жизнь. Но к сожалению сегодня мало кого интересует ее история, ее устройство, ее виды.

Первый источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью опытов Гальвани был не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. Явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. 

Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого – Алессандро Вольта. 200 лет назад он сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.

Таким образом, гальванический элемент (батарейка) — это источник электричества, который основан на химическом взаимодействии некоторых веществ между собой. 

Сегодня в магазинах можно увидеть большое количество батареек. Батарейки бывают разнообразной формы или размеров. Некоторые – маленькие как таблетка, или тонкие, как карточка. Некоторые – величиной с холодильник. Несмотря на внешние существенные отличия, устройство батарейки любого типа имеет общие черты и принципы. Различия могут быть только в составе химических веществ, с помощью которых выделяется электрическая энергия.

Наиболее распространенные батарейки по типу электролита:

• Солевые батарейки. В них используется уголь и марганец, электролит из хлорида аммония и катод из цинка. В перерывах между эксплуатацией элементы питания могут «восстанавливаться». Это немного продлевает срок службы батарейки.

• Алкалиновые (щелочные) батарейки. От солевых их отличает состав электролита - здесь используется щелочной электролит. Такие батарейки имеют продолжительный срок хранения.

Солевые и алкалиновые (щелочные) батарейки содержат растворенные тяжелые металлы, в состав может входить от 10 до 20 элементов таблицы Менделеева, многие из этих элементов являются сильно токсичными веществами.

• Серебряные батарейки имеют катоды из оксида серебра. Их напряжение на 0,2 В выше, чем солевых в одних и тех же условиях. В остальном серебряные элементы питания похожи на солевые.

• Литиевые батарейки обладают очень большим сроком хранения, высокой плотностью энергии и сохраняют работоспособность в большом диапазоне температур, поскольку не содержат воды. В их состав входит литиевый катод, электролит и анод из различных материалов.

2. Как работает батарейка

Теперь нам надо разобраться, как устроена обычная батарейка. Батарейку сами мы разбирать не будем, воспользуемся энциклопедическим знаниями. Любая батарейка или аккумулятор – это ни что иное, как две металлические пластины, помещенные в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключена к выводу «+», другая – к выводу «-». Стоит подключить к батарейке нагрузку, например, лампочку, как от пластины «+» к пластине «-» потечёт ток. Начнется химическая реакция в электролите, которая начнет перекидывать электроны с «-» (отрицательной) пластины на «+» положительную, тем самым, вызывая свечение лампочки (Рисунок №1). Такими химическими веществами являются цинк и медь. Цинк – отрицательный полюс. А медь –  положительный полюс.

Рисунок №1

У любой батарейки есть положительный полюс (катод), отрицательный полюс (анод) и электролит, который может быть сухим или жидким.

Катоды выполняют функцию восстановителя, то есть принимают электроны от анода.

Электролит – это среда, в которой перемещаются ионы, образовавшиеся в процессе химической реакции. В процессе работы батарейки постепенно образуются новые вещества, а электроды постепенно разрушаются – батарейка садится. Многие гальванические элементы могут быть использованы только один раз. Они производятся на заводе, разряжаются в процессе использования и затем выбрасываются. Сейчас наиболее популярны перезаряжаемые батарейки, называемые аккумуляторами.

В кратком виде весь процесс работы батарейки выгляди так: анод – нагрузка – катод – электролит.

Именно на таком принципе и делаются большинство батареек, которыми мы пользуемся. Разница заключается в том, что в различных видах производимых батареек, отличие только в используемых веществах и материалах. В батарейках для фонарика эти вещества обычно представлены цинком и углеродом. В автомобильном аккумуляторе это свинец и диоксид свинца. В компьютере или мобильном телефоне используются обычно оксид лития с кобальтом и углерод.

3. Эксперимент по созданию фруктовой и овощной батареек и определение напряжения ,силы тока таких батареек.

Мы  решили  провести эксперимент, чтобы выяснить, какие  фрукты и овощи могут быть использованы в качестве батарейки. Для создания батарейки нам понадобится провода, цинковая и медная пластина, фрукт или овощ. В нашей самодельной фруктово-овощной батарейке роль электролита выполняет сок из фруктов и овощей. Положительным электродом  служит  медная пластина. А отрицательным электродом – цинковая.

Фрукты и овощи возьмём следующие : лимон, яблоко , картошка, свекла, помидор, банан, соленый огурец, груша. Для измерения силы тока использовали специальный прибор миллиамперметр, а для измерения напряжения вольтметр.

   У всех перечисленных выше овощей и фруктов мы измеряли напряжение и силу тока и рассчитали сопротивление. Результаты измерений  занесли в таблицу и построили сравнительную диаграмму.

Анализируя диаграмму, можно сделать вывод, что самое большое напряжение дает мятый лимон и немного меньше соленый огурец и груши, а у свеклы, лимона немятого и банана - самое низкое.  Сила тока самая большая у соленного огурца. Это объясняется тем, что в солёном огурце присутствует в большом количестве раствор поваренной соли NaCl, который сам является очень хорошим проводником. Затем, по мере убывания значения силы тока идёт картофель (1,0 миллиампера) и лимон (0,5 миллиампера). И следовательно сопротивление самое большое у лимона немятого и свеклы; самое низкое  - у соленого огурца.

Как мы видим, в группе наших овощей и фруктов лидером по полученному напряжению стали  соленый  огурец и мятый лимон. Анализируя диаграмму, можно сделать вывод  что  все фрукты и овощи дают электричество.

4. Практическое применение овощной и фруктовой батареек

Анализируя диаграмму, можно сделать вывод, что самое большое напряжение дает мятый лимон и  соленый огурец и груши, а у свеклы, лимона немятого и банана - самое низкое.  Сила тока самая большая у соленного огурца. Затем, по мере убывания значения силы тока идёт картофель (1,0 миллиампера) и лимон (0,5 миллиампера). И следовательно сопротивление самое большое у лимона немятого и свеклы; самое низкое  - у соленого огурца.

Мы убедились, что все они могут выполнять роль источника тока и «работать» как батарейки.

Практическое применение овощной и фруктовой батареек

Изучив напряжение и силу тока , которое дают овощи и фрукты,  мы  приступили  к изготовлению зарядного  устройства. Взяли провод от зарядного устройства и один конец оголили  так чтобы нам удобно было соединить «+» на «+» и «-» на «-».Чтобы увеличить напряжение в нашей батарейке, нужно соединить элементы проводами последовательно, то есть по очереди друг за другом, так чтобы ток пошёл по цепочке от «+» одного фрукта к «-» другого фрукта, и так далее. Дальше  мы собрали последовательно цепочку из наших овощей и фруктов. Затем  соединили с проводом от зарядного устройства  , а другой конец подключили к телефону. Результата нет.  Телефон зарядку не берет . Значит, напряжение слишком мало. Решили проверить напряжение вольтметром  нашей цепочки  -  показывает 4,2В.Это конечно же  мало для зарядки телефона. Потому что  на зарядных устройствах написано  5В.  

Мы не отчаялись, решили сделать другой источник тока -  из соленых огурцов. Потому что  как видно из таблицы  соленые огурцы имеют самую большую напряжению и силу тока. Это объясняется тем, что в солёном огурце присутствует в большом количестве раствор поваренной соли NaCl, который сам является очень хорошим проводником .Собрали  цепь только из соленых огурцов. Затем  соединили с проводом от зарядного устройства  , а другой конец подключили к телефону. Пробуем. Есть результат! Наш телефон заряжается! Напряжение при этом достигает 5,4 вольта.

Заключение

Выяснив принцип работы батареек, мы пришли к выводу, что необходимым условием работы батарейки является присутствие  ионов водорода в овощном и фруктовом соке. Все фрукты содержат фруктовые кислоты являющиеся электролитами. Если два разнородных металла погрузить в электролит, происходит перенос заряда . В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная – как положительный.

Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников питания из фруктов и овощей. Нами  были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, картошка, лук, свекла, помидор, апельсин, банан, соленый огурец.

Нам  бы очень хотелось, чтобы ученые изобрели батарейки, помогающие сохранять окружающую среду. Ядовитые вещества из обычных батареек, проникают в почву, в подземные воды, попадают в наше с вами море и в наши с вами водохранилища, из которых мы пьем воду, не думая, что вредные химические соединения (из вашей же батарейки, выброшенной неделю назад в мусоропровод) с кипячением не исчезают, не убиваются - они ведь не микробы. И каждый из нас должен понимать, что кроме нас никто не сможет сберечь нашу Землю от экологической катастрофы.

Литература

1. http://www.wikipedia.org
2. http://dev.planetseed.com/ru/node/28491
3. http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
4. http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
5. http://gadgetforgeek.com.ua/sdelat-gadget-svoimi-rukami-fruktovye-chasy
6. http://obozrevatel.com

7.Журнал «Юный эрудит» № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего» стр.11-13

8. Гальванический элемент — статья из Большой советской энциклопедии.

9. В. Лаврус «Батарейки и аккумуляторы» стр. 22-25