"Перископ" проект по физике (8 класс) на тему

Проектная работа ученика 8 класса на тему: "Перископ".

Скачать:

Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

Городские Мосинские научные чтения школьников

Секция №3 «Мир технологий и техники»

Проектная работа по физике на тему:

Ученика 8 класса А

Научный руководитель: Матвиевский Андрей Александрович, преподаватель физики

1. Законы распространения лучей……………………………….….3
2. Плоское зеркало…………………………………………………. 4
3. Устройство перископа…………………………………………….4
4. Первые перископы………………………………………………. 4
5. Перископ своими руками…………………………………………5
6. Области применения перископов………………………………. 6

Список литературы и интернет-ресурсов………………………..11

Тему «Перископ» я выбрал потому, что мне всегда было интересно, каким образом осуществляется фокус с трубкой, которая дает возможность видеть «сквозь непрозрачные предметы» (рис. 1).

Мнимый «рентгеновский аппарат» различает окружающее не только через толстую бумагу, но и через лезвие ножа, непроницаемое даже для настоящих рентгеновских лучей. Оказалось, что секрет фокуса прост. Четыре зеркальца, наклоненных под углом в 45°, отражают лучи несколько раз, ведя их в обход непрозрачного предмета.

Выбранная тема мне представляется актуальной, поскольку напоминает о том, что физика – «живая» наука, очень тесно связанная с жизнью. Исходя из этого были сформулированы

Цели и задачи работы

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

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить принцип работы и устройство перископа.
2. Изучить физические законы, лежащие в основе работы перископа.

3.Познакомиться с возможностями применения перископических систем в различных областях техники .

1. Законы распространения лучей

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

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

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

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

Причина в том, что при падении света на зеркальную поверхность свет отражается, причем луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения: q 1 = q' 1 . Закон отражения справедлив как для плоских, так и для искривленных поверхностей (рис.2).

S 1 - отражающая поверхность; S 2 - плоскость падения; АО - падающий луч; ОВ - отраженный луч; ON - нормаль к отражающей поверхности.

При отражении от плоской зеркальной поверхности световых лучей, исходящих от некоторого предмета, возникает мнимое изображение предмета (рис.3). Предмет и его мнимое изображение располагаются симметрично относительно зеркальной поверхности. Изображение предмета в плоском зеркале равно по размеру самому предмету.

Мнимое изображение пространственного (трехмерного) предмета в плоском зеркале отличается от самого предмета как правая система координат отличается от левой (т.е. как правая рука отличается от левой) – рис. 4.

2. Плоское зеркало

Когда два зеркала расположены под углом друг к другу, образуется множество изображений предмета (рис. 5).

Уголковый отражатель обладает тем свойством, что под каким бы углом ни падал на него луч света, отраженный луч всегда будет параллелен падающему лучу (рис. 6).

Это свойство плоских зеркал используют в таком приборе как перископ.

3. Устройство перископа

Перископ (от греч. periskopeo - смотрю вокруг, осматриваю), оптический прибор для наблюдения из укрытий. Многие перископы позволяют измерять горизонтальные и вертикальные углы на местности и определять расстояние до наблюдаемых объектов. Устройство и оптические характеристики перископы обусловлены его назначением, местом установки и глубиной укрытия, из которого ведётся наблюдение. Простейший перископ представляет собой вытянутую оптическую систему для наблюдения, заключенная в длинную трубу, по концам которой под углом 45 о к оси трубы расположены зеркала, дважды преломляющие световой луч под прямым углом и смещающие его. Величина смещения (перископический вынос) определяется расстоянием между зеркалами. Схема простейшего перископа изображена на рис. 7.

Наиболее распространены призменные перископы (рис. 8), в трубе которых вместо зеркал установлены прямоугольные призмы, а также телескопическая линзовая система и оборачивающая система, с помощью которых можно получать увеличенное прямое изображение. Поле зрения перископов при малом увеличении (до 1,5 раза) составляет около 40 о ; оно обычно уменьшается с ростом увеличения. Некоторые типы перископов позволяют вести круговой обзор .

4. Первые перископы

В XIX веке в Париже на набережной недалеко от Лувра прохожим демонстрировались магические зеркала, с помощью которых можно было беспрепятственно смотреть сквозь толстые каменные стены (рис. 9). Этот опыт точь-в-точь повторяет фокус, описанный мной в самом начале.

Это устройство точно так же состояло из зрительной трубы, разъятой по середине (куда был помещен толстый камень) и содержащей четыре плоских зеркала под углом 45° . Так впервые рекламировался новый оптический прибор – перископ (рис. 10).

5. Перископ своими руками

Я решил построить простейший перископ своими руками. Начал я с трубы. Сначала я пытался использовать картонную, прямоугольного сечения. В нижней части одной половинки и в верхней части другой я сделал вырезы. К концам трубы приклеены окуляры, сделанные из плотной, чертежной, бумаги. Два прямоугольных зеркальца куплены в галантерейном магазине. Зеркала прикрепил клеем к подставкам чертежной бумаги. После этого подставки вместе с зеркалами через окуляры вложил в трубу и приклеил.

Однако картонный перископ до защиты проекта не дожил, поэтому пришлось построить более надежную конструкцию, выполненную из пластикового короба для проводки. Может подойти и пластиковый или жестяной короб для вентиляции. Конструкция будет более надежной, долговечной и эффектной. Поэтому все этапы были повторены заново.

Перископ готов. Можно встать за какой-нибудь непрозрачной перегородкой, выставить перископ за ее край, и, посмотрев в окуляр, увидеть «невидимое».

6. Области применения прибора

Перископ нашел широкое применение в военной технике. Через перископ можно следить за неприятелем, не высовываясь из окопа. Изображение, пойманное верхним зеркальцем, передается на нижнее, в которое смотрит наблюдатель (рис. 11).

Перископы позволяют вести круговое наблюдение за местностью при минимальных размерах смотровых отверстий.

В зависимости от назначения вынос (высота) перископа может быть различным, доходя, например, в специальном мачтовом перископе для наблюдения в лесу до десятков метров. Используется перископ и на подводных лодках для визуального наблюдения за противником. Перископ телескопически выдвигается над поверхностью воды, а сама подводная лодка в это время находится под водой (рис. 12).

Отечественные подводные лодки оснащались перископами атаки (ПА), или командирскими, а также зенитными (ПЗ). Командирские перископы служили для определения расстояния до цели, пеленга и своего курсового угла на нее, курсового угла цели и ее скорости. Перископы установлены также и на современной танковой технике. В военных перископах чаще используются не зеркала, а призмы, также способные изменять ход световых лучей, а кроме того получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

Рис. 13. А вот как используют перископы полицейские

Перископическая система зеркал, представленная на рис. 14, используется для визуального досмотра транспортных средств, грузов, труднодоступных и плохо освещенных мест в помещениях. Устройство незаменимо в работе правоохранительных органов, служб безопасности, а также может использоваться в быту.

В настоящее время также используется перископическая система зеркал для праворульных автомобилей, упрощающая обгон слева (рис. 15). В информационном зеркале системы водитель видит ситуацию на соседней левой полосе, и спереди, на встречном участке.

Развитие волоконной оптики привело к созданию других видов перископов, которые позволяют врачам осмотреть человеческое тело изнутри без необходимости выполнения хирургических операций. Такие типы перископы называются эндоскопами и просто незаменимы в медицине для диагностики или эндоскопических операций. Перископ — один из простейших, но при этом интереснейших оптических приборов. Применяется для смещения линии зрения наблюдателя. Он удобен для «видения» через головы толпы на гонках и соревнованиях, на спортивных играх.

Из данной работы я сделал следующие выводы.

1. В результате работы изучено устройство и принцип работы перископа.
2. Изучен закон отражения света от отражающей поверхности
3. Изготовлена действующая модель перископа.
4. Изготовленный прибор может найти практическое применение:

- на спортивных соревнованиях, стадионах в большой толпе для «видения» над головами;

- изготовленный из труб большого сечения, перископ может быть использован для дополнительного освещения темных бытовых подсобных помещений (подвалы, сараи, кладовые и т. п.) солнечным светом, что не требует дополнительных затрат на электроэнергию.

5. Рассмотрена возможность использования перископических систем в различных областях жизни и деятельности человека.

А для себя я сделал еще несколько «неформальных» выводов. На мой взгляд, физика – потрясающе интересная наука, которая позволяет просто и понятно объяснить невероятные на первый взгляд явления. Знание законов физики может помочь в быту и повседневной жизни, и даже организовать интересный досуг. Я думаю, что теперь изучать физику мне станет намного интереснее.