Оглавление

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

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ............................................................................................................ 4

Основы оптики............................................................................................................................. 4

Бесконечный туннель – понятие и сущность явления ............................................................... 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ................................................................................................. 7

Порядок выполнения работы ........................................................................................................ 7

Ход работы ....................................................................................................................................... 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................... 8

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................................................ 9

ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................................................................................................10

ВВЕДЕНИЕ

В курсе физики 8 класса меня заинтересовал раздел «Оптика». Очень интересно было строить ход лучей при прохождении через собирающую и рассеивающую линзу, получать различные изображения, писать характеристики, получившихся изображений, изучать законы оптики и выполнять лабораторные работы по этой теме. И я решила изучить эту тему более углубленно, рассмотреть те темы, которые не входят в школьную программу. Таким образом, сформировалась цель работы – создание арт- объекта – бесконечный туннель.

Для достижения поставленной цели определился перечень задач:

•        изучить дополнительную литературу по теме исследовательской работе  

•        определить и проработать порядок и ход работы по выполнение практической части

•        разработать         схему         прибора,     основываясь        на      изученной

литературе

•        создать прибор по составленной схеме

Для решения задач, в процессе выполнения работы, использованы следующие методы:

•        изучение и обобщение учебной литературы и статей

•        анализ и синтез полученной из разных источников информации

В основе этого прибора лежит отражение света, как полное, так и частичное. Данный прибор актуальный, так как знание законов оптики позволяет создавать современные арт объекты не только для оформления больших помещений, парков и т.д, но и в обычной домашней обстановке.

Создание таких объектов под силу школьнику.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основы оптики

Оптика – это раздел физики, в котором изучается природа света и его взаимодействие с веществом. Источником света может быть абсолютно любое тело, излучающее свет. В создании своего прибора, я буду использовать искусственный источник света (светодиодную ленту). Перед тем, как объяснять данный оптический эффект давайте разберем что такое вообще отражение света, их законы и виды. Начнем с законов, он нам говорит, что устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Перейдем к типам отражения, их всего два: полное, частичное. В первом случае полное отражение означает, что внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. Неполное внутреннее отражение — внутреннее отражение при условии, что угол падения меньше критического угла. В этом случае луч раздваивается на преломлённый и отражённый [1].

Законы отражения: 

•                Угол отражения β равен углу падения α;

•                Лучи падающий и отраженный обратимы;

•                Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к границе раздела, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; На рисунке 1 представлены законы отражения.

Рис 1 – законы отражения: а) углы падения и отражения измеряются между направлением луча и перпендикуляром к поверхности. б) в случае шероховатой поверхности параллельный пучок отражается от нее диффузно (рассеянно) Законы преломления: 

•                Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред, представлены на рисунке 2;

•                Лучи падающий и преломленный обратимы;

•                Лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости;

Рис 2 – среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной, а среда с меньшим показателем преломления, - оптически менее плотной.

Отражение света давно частое явление и его легко встретить в повседневной жизни, если направить луч фонаря на зеркало, то свет отразится. Весь свет, который мы видим отраженный. Солнечный свет, входящий в нашу атмосферу, отражается миллионами крошечных частиц пыли и капельки воды. В кино мы видим луч света между проектором и экраном, потому что пыль в воздухе отражает свет. Полное отражение относится больше к явлению преломления света, так как при переходе световых лучей из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду и рассматривая явление с некоторого угла падения вся световая энергия отражается от границы раздела этих сред в первоначальную среду. То есть свет идет вдоль границы раздела сред. Это явление активно применяется в волоконно-оптических линий связи, оптико-волоконные светильники, для исследования внутренних органов человека (эндоскопы)[2]

Бесконечный туннель – понятие и сущность явления

Бесконечный туннель - прибор, которой создает волшебную иллюзию бесконечной глубины несмотря на то, что его структура на самом деле совершенно плоская. Эффект бесконечности с помощью прибора показан в приложении на рисунке 3. Заглянув внутрь, кажется, что это колодец, у которого нет дна или он находится на большом расстоянии.

На самом деле толщина зеркала составляет считанные сантиметры. Такой эффект получается благодаря маленьким светодиодам, которые подсвечивают зеркальную поверхность: ближе к центру они становятся меньше и светят не так ярко, за счет чего и происходит оптический обман. У человека создается впечатление, что туннель немного сужается, а его дно находится в кромешной темноте.

Бесконечный туннель применяется в качестве декора домов, он отлично подойдет для интерьера. Чаще всего их используют для ночных клубов и баров, кафе, выставочных залов, офисов. Впрочем, украсить таким арт-объектом можно и квартиру. Зеркало бесконечной глубины можно использовать не только по прямому назначению, как конструкцию стены с подсветкой, но и как элемент другой мебели. Но мне больше интересно какие оптические явления происходят в момент включения диодов и каким образом появляется эффект бесконечности.

Попробуем объяснить данный оптический эффект. Чтобы в этом разобраться разберем из каких элементов состоит данный прибор. Он состоит из двух зеркал (обычного и полупрозрачного). Обычное зеркало должно быть вставлено в раму, где по периметру проклеена светодиодная лента.

Расстояние от зеркала обычно до светодиодной ленты должно быть одинаковым с расстоянием от ленты до полупрозрачного зеркала. На самом деле полупрозрачное зеркало – это не совсем зеркало, оно представляет собой стекло, покрытое тонким слоем металла – так что часть падающего на поверхность зеркала света отражается, а часть проходит насквозь. Таким образом, обычное зеркало, которое идет в основе бесконечного туннеля отражает свет от ленты полностью и посылает свет на полупрозрачное зеркало. После того как свет падает на полупрозрачное зеркало, он отражается частично. Таким образом получается, если напротив друг друга стоят два зеркала, то они создают бесконечным коридор, потому что зеркало отражает и зеркало напротив и все, что в нем отражается. И данное взаимное отражение делает коридор бесконечным [3,4].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Порядок выполнения работы:

1.                  Составить схему и указать ключевые элементы для создания арт- объекта

2.                  Описать подробно этапы выполнения работы и материалы при создании прибора

3.                  Проверить работоспособность прибора

4.                  Сделать выводы по проделанной работе

Ход работы:

1.         По изученному материалу была составлена схема прибора,

которая указана в приложении на рисунке 4 с указанием основных элементов из которых состоит прибор.

2.         Для создания прибора нам потребуется: стекло, оно будет в качестве полупрозрачного зеркала, само зеркало, металлические бруски, в качестве каркаса, и пленка, которая имеет 5% прозрачности и световой источник (светодиодная лента).

3.         Для создания каркаса необходимо обрезать      металлические бруски, чтобы они были по длине и ширине зеркала, затем надо отмерить светодиодную ленту по размеру зеркала и лишнее убрать.

4.         Подготовим стекло. На него необходимо наклеить пленку с 5% прозрачности. Далее металлические рейки каркаса крепим на зеркало (со стороны отражающей поверхности), не забываем сделать отверстие для шнура питания ленты.

5.         Берем светодиодную ленту, и аккуратно прикрепляем на поверхность каркаса изнутри, шнур писания проведем через отверстие в рейки. Расстояние от зеркал до светодиодной ленты должны быть одинаковы. Проверяем работоспособность прибора. В приложении на рисунке 9 представлен готовый прибор. В приложении указано пошаговое выполнение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе своей исследовательской работы, был подробно изучен теоретический материал по разделу «Оптика», а именно явления отражения и преломления света, на основе которых был изготовлен арт-объект.

Также был детально рассмотрен прибор и его основные элементы, опираясь на явлении оптики, была составлена схема арт-объекта         и изготовлен этот прибор.

Я с интересом работала над темой, так как раздел «Оптика» - является одним из интересных разделом физики, а также я углубила свои знания по данной теме. В своей работе я хотела показать, что физика – это наука, которая помогает изучать явления в природе и повседневной жизни, и она является основным в изучении таких областях, как архитектура и дизайнерское искусство, что позволяет создать современные арт-объекты.

В дальнейшем я планирую связать свою жизнь с такой наукой, как физика.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

                             1.           Карякин, Н. А. Световые приборы. Учебник / Н.А. Карякин.

- М.: Высшая школа, 2017. - 336 c.

2.                    Оптика. Учебное пособие / В.С. Акиньшин и др. - М.: Лань, 2015. - 240 c.

3.                    Шепелев, А. В. Оптика. Краткий курс. Учебное пособие / А.В. Шепелев, Г.Х. Китаева. - М.: Красанд, 2016. - 80 c.

4.                    http://www.sdmeb.ru/zerkala/beskonechnoe.html (Дата обращения 20.01.2021)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис 3 – картинка бесконечного туннеля

Рис 4 – схема бесконечного туннеля: 1 – обычное зеркало, 2 –светодиодная лента, 3 – полупрозрачное зеркало.

Рис 5 – зеркало, которое потребуется для прибора

Рис 6 – материалы для закрепления каркаса при изготовлении арт-объекта

Рис 7 – сформированный каркас для прибора

                                                Рис 8 – источник света для арт-обекта

                                                  Рис 9 – готовый арт-объект «Бесконечный туннель»