Оптические приборы

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Перископ

"Гений мыслит и создает. Человек обыкновенный приводит в исполнение. Дурак пользуется и не благодарит"

Козьма Прутков.

ЧТО ТАКОЕ ПЕРИСКОП?

• В 19 веке  в Париже на набережной недалеко от  Лувра  прохожим  демонстрировались  магические  зеркала,   с помощью которых  можно было  беспрепятственно смотреть  сквозь  толстые  каменные стены.
• Это устройство состояло  из  зрительной трубы , разъятой по середине (куда был помещен толстый камень) и содержащей четыре плоских  зеркала под углом 45 . Так впервые  рекламировался новый оптический прибор – перископ.

В ОСНОВЕ ПЕРИСКОПА – ЗЕРКАЛА .

• Среди всех предметов повседневного обихода едва ли найдется вещь более противоречивая и загадочная, чем зеркало.
• История зеркала началась уже с третьего тысячелетия до нашей эры. Древнейшие металлические зеркала почти всегда были круглой формы, а их оборотная сторона покрывалась узорами. Для их изготовления применялись бронза и серебро. Первые стеклянные зеркала были созданы римлянами в 1 веке нашей эры: стеклянная пластинка соединялась со свинцовой или оловянной подкладкой, поэтому изображение получалось живее, чем на металле.

ЗАГАДКА ЗЕРКАЛА

• Стеклянные зеркала вновь появились только в 13 веке. Но они были вогнутыми. Тогдашняя технология изготовления не знала способа “приклеивать” оловянную подкладку к плоскому куску стекла.
• Только три века спустя мастера Венеции додумались, как покрывать оловом плоскую поверхность. В отражающие составы добавляли золото и бронзу, поэтому все предметы в зеркале выглядели красивее, чем в действительности. Стоимость одного венецианского зеркала равнялась стоимости небольшого морского судна. В 1500 году во Франции обычное плоское зеркало размером 120 на 80 сантиметров стоило в два с половиной раза дороже, чем полотно Рафаэля .

МАГИЯ ЗЕРКАЛ

• Начиная с 16 века, зеркала вновь вернули себе славу самых таинственных и самых магических предметов, из всех, когда-либо созданных человеком.
• Трезвомыслящие люди находили зеркалам более полезное применение. Разведки Испании и Франции двести лет подряд успешно пользовались системой шифров, изобретенной еще в 15 веке Леонардо да Винчи. Главной особенностью криптограмм была их “вывернутость наизнанку”. Депеши писались и зашифровывались в “зеркальном отражении” и без зеркала были попросту нечитаемы.
• Таким же древним изобретением был перископ . Возможность наблюдать за врагами незамеченным с помощью системы взаимно отражающих зеркал спасла немало жизней воинам ислама.
• Детская игра в “солнечные зайчики” почти повсеместно использовалась всеми сражающимися сторонами во время знаменитой Тридцатилетней войны. Сложно прицелиться, когда вам слепят глаза тысячи зеркалец.

УСТРОЙСТВО ПРОСТЕЙШЕГО ПЕРИСКОПА

Периско́п (от греч. peri — «вокруг» и греч. scopo — «смотрю») — оптический прибор для наблюдения из укрытия. Простейшая форма перископа — труба, на обоих концах которой закреплены зеркала, наклоненные относительно оси трубы на 45° для изменения хода световых лучей. В более сложных вариантах для отклонения лучей вместо зеркал используются призмы, а получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

ПЕРИСКОПИЧЕСКИЙ ВЫНОС

• Перископ ( "смотрю вокруг" ) – это  вытянутая  оптическая  систе-ма для наблюдения, заключенная  в  длинную трубу, по концам которой под углом 45° расположены зеркала, дважды преломляющие   световой луч под прямым углом и смещающие его.
• Величина смещения  (перископический вынос) определяется расстоянием между  зеркалами.

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРИСКОПА

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

Перископы 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.

Траншейный перископ (наши)

Траншейный перископ (немцы)

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРИСКОПА

• Применение перископа американскими полицейскими

Никто не хочет получить пулю в лоб

СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРИСКОПЫ

СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРИСКОПЫ

ПЕРИСКОП ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

• Перископ является обязательным прибором любой подводной лодки. Появление новых технических средств наблюдения на подводных лодках — радиолокации и гидроакустики — не заменило перископа . Эти средства дополнили его, особенно в условиях плохой видимости (туман, дождь, снег и т. п.). С помощью перископа командир подводной лодки определяет направление (пеленг) с подводной лодки на цель, курсовой угол корабля противника, расстояние до цели, скорость ее, а также момент торпедного залпа.

Американский офицер у перископа

ПЕРИСКОП ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

Чтобы противник не заметил перископ, габариты его выступающей из-под воды головки должны быть минимальными. Но для успешного наблюдения за воздушными целями головку перископа вынужденно делают утолщенной, чтобы можно было разместить в ней необходимую оптику зенитного наблюдения. Поэтому в настоящее время на подводной лодке устанавливают два перископа : перископ атаки (командирский) и зенитный . Перископ атаки служит для обнаружения противника и наблюдения за ним во время торпедной атаки в светлое время суток при хорошей видимости.

Подводная лодка на перископной глубине

ПЕРИСКОП ЯВЛЯЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ ПРИБОРОМ БРОНЕВЫХ БАШЕН, РУБОК, ТАНКОВ.

• Перископы установлены также и на современной танковой технике. В  военных  перископах   чаще   исполь-зуются не зеркала, а  призмы, также способные изменять ход световых лучей, а кроме того получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

ПЕРИСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗЕРКАЛ ДЛЯ ПРАВОРУЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

• Угол обзора дороги до и после установки Перископической системы зеркал

На правой фотографии приведена типичная ситуация: впереди едет «Фургон», но при этом не видно, что находится на встречной полосе. Однако, на фотографии слева, в зеркале перископической системы зеркал отчетливо видно, что перед «Фургоном» находится «девятка», а по встречной полосе едет машина. И для того, чтобы это увидеть, не нужно постоянно «выскакивать» на встречную полосу, принимая сильно влево. Достаточно одного взгляда в сторону зеркала данной перископической системы.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕРИСКОПА

Перископ можно легко сделать самому. Для этого необходимы лишь два зеркальца и узкая картонная трубка достаточной длины.

Простейшим является вертикальный перископ , состоящий из вертикальной зрительной трубы и 2 зеркал, установленных под углом 45° к оси трубы и образующих оптическую систему , которая преломляет световые лучи, идущие от наблюдаемого предмета, и направляет их в глаз наблюдателя .

Мы все любим замечательный мультфильм «Чип и Дейл спешат на помощь». Вспомните –из каких подручных материалов Гайка сделала подводную лодку и перископ?

К А Л Е Й Д О С К О П

"ЛИШЬ СДЕЛАЮ РУКОЙ ДВИЖЕНЬЕ — И НОВОЕ В ГЛАЗАХ ЯВЛЕНЬЕ!"

А ты, когда- нибудь в детстве, пытался сломать калейдоскоп и посмотреть, как он устроен? Да ? Тогда всё в порядке, ты ничем не отличаешься от миллионов других любопытных!

ИСТОРИЯ КАЛЕЙДОСКОПА

• Калейдоскоп был известен ещё с давних времен.
• В древнем Египте известен прообраз калейдоскопа. Египтяне с восхищением наблюдали за  симметричными фигурами,  возникающими  во время движений танцоров между  расставленными вкруговую   отшлифованными плитами известняка.
• И только через много веков     устройство для получения   симметричных  картинок  с помощью  зеркал назвали калейдоскопом.  
• Калейдоскоп - (от греч . καλός — красивый, εἶδος — вид, σκοπέω — смотрю, наблюдаю.)
• В переносном смысле - быстрая смена явлений, лиц, событий.
• А в  России калейдоскоп называли трубкой, "показывающей красивые виды".

ИЗОБРЕТАТЕЛЬ КАЛЕЙДОСКОПА

Считается, что калейдоскоп изобрел английский физик Дэвид Брюстер.

В 1816 году  он   запатентовал  свой  калейдоскоп.  Во время своих экспериментов  по поляризации света Брюстер  обратил внимание, что осколки стекла, помещенные в трубу с зеркалами, создают чудесные симметричные узоры, отражаясь в зеркалах. Узор менялся в зависимости от того, под каким углом зеркала располагались друг к другу, а также от того, какое количество зеркал использовалось. После публикации   «Трактата о калейдоскопе», написанного Дэвидом Брюстером, изобретение стало чрезвычайно  популярным, хотя  в начале своего существования не считался  игрушкой. Ведь первоначально калейдоскоп создавался  Брюстером как научный прибор.

В РОССИИ КАЛЕЙДОСКОП ПОЯВИЛСЯ В XVIII ВЕКЕ, БЛАГОДАРЯ МИХАИЛУ ЛОМОНОСОВУ.

• Великий русский ученый М.В. Ломоносов  восхищался красотой стекла и изучал различные способы его применения.
• В своей оде «О пользе стекла» он восторгается: «Неправо о вещах те думают, Шувалов, Которые Стекло чтут ниже минералов, Приманчивым лучом блистающих в глаза: Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса. Пою перед тобой в восторге похвалу. Не камням дорогим, не злату, но Стеклу!..» Три его калейдоскопа в настоящее время хранятся в Эрмитаже . К сожалению, изобретение Ломоносова не было запатентовано, т.к.  закон о патентах был принят в России только в 1812 году

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ КАЛЕЙДОСКОП

Позднее американский оптик  Чарлз Буш  вносил усовершенствования в устройство калейдоскопа и  разработал, так называемый,  «калейдоскоп для гостиной».  Который начали производить  тысячами.  Калейдоскоп представлял собой черный продолговатый цилиндр, поставленный на деревянный штатив. Цилиндр мог поворачиваться на 360 градусов, и имел на конце медный барабан со спицами, за которые этот барабан можно было вращать. Барабан был самой примечательной деталью в калейдоскопе Буша. В нем располагались стекляшки: их было 35 штук, и треть из них была заполнена жидкостью. Внутри жидкости плавали воздушные пузырьки, которые продолжали двигаться даже после того, как барабан останавливали. Все стекляшки имели блестящие, хорошо подобранные друг к другу цвета и создавали узоры, недоступные ни одному другому калейдоскопу 19 века.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ КАЛЕЙДОСКОП

• Буш получил несколько патентов с 1873 по 1874 год. Первый - на герметичные ампулы, заполненные жидкостью, второй – на устройство по замене стеклышек в барабане, что делало барабан устройством многоразового использования; третий – на использование цветного колеса в качестве фона для картинок; четвертый – на четырехногий деревянный штатив, который мог сниматься и делал калейдоскоп легко переносимым устройством.

Старинный калейдоскоп, состоящий только лишь из двух зеркал. Угол между зеркалами можно было регулировать.

КАЛЕЙДОСКОПОМ СРАЗУ УВЛЕКЛАСЬ ВСЯ  ЕВРОПА.

• Один из французских богачей   заказал калейдоскоп в 20 000 франков. Вместо разноцветных стеклышек   он  приказал  положить в него  жемчуг и драгоценные каменья. Калейдоскоп  воспевали и в прозе, и в стихах!

ПРИМЕНЕНИЕ КАЛЕЙДОСКОПА

• Почти сразу же  после изобретения устройства началось практическое применение калейдоскопа. Им пользовались художники, создававшие декоративные узоры для тканей, обоев или ковров.
• Особенно значительные успехи в  составлении узоров для  тканей с помощью необычного инструмента приходятся на  конец  19 и начало 20 веков.  «Калейдоскопные»  мотивы встречаются  в работах русских  и западно-европейских художников.

• В  наши дни  изобретен прибор,  с помощью которого можно фотографировать    узоры калейдоскопа   и, таким образом механически придумывать всевозможные орнаменты.
•   Калейдоскоп создает  узоры поразительной красоты, и, пожалуй, даже фантазии самых плодовитых художников не смогут соперничать с изобретательностью калейдоскопа.

КАКИЕ БЫВАЮТ КАЛЕЙДОСКОПЫ ?

Калейдоскоп инженера К. Петкунаса.

В нем узоры создаются не только прозрачными кусочками стекла, но и  мелкими кольцами, цепочками и т.д.  Конец трубки был закрыт  прозрачным оргстеклом, а его торец закрыт сменной непрозрачной крышкой.   Мелкие предметы внутри освещались только боковым светом и отражались зеркалами.  На таком калейдоскопе узоры получались более красочными и разнообразными.

• Масляный калейдоскоп .
• Калейдоскоп заполнен маслянистой жидкостью , в которой плавают маленькие  разноцветные  кристаллы. Картинки в таком калейдоскопе меняются   плавно.

КАКИЕ БЫВАЮТ КАЛЕЙДОСКОПЫ ?

•   Пневматический калейдоскоп
• Пневматический калейдоскоп  имеет внутри  вместо обычных цветных стекляшек - разноцветные перышки . К калейдоскопу присоединена "груша", с помощью которой в калейдоскоп накачивается воздух.

• Талейдоскоп.
• В  талейдоскопе  вместо стеклышек стоит линза, и можно смотреть через него на окружающие предметы
• Изображение этих предметов  многократно отражаются в зеркалах, и получаются удивительные картины из реального мира.

Перышки хаотично вращаются, создавая  чудесную  картинку.

"МИРОВЫЕ" КАЛЕЙДОСКОПЫ

Кроме создания многочисленных орнаментальных узоров для художников, калейдоскопу нашлось и другое применение.

На международной выставке в Париже в 1900 году был выстроен павильон, получивший название "Дворец миражей". Небольшой зал состоял из шести зеркальных стен, в  местах соединения которых размещались на вращающихся подставках тропические растения, колонна восточного храма или фрагмент колоннады знаменитой "Альгамбры" из Испании. По мере поворота подставок посетитель ощущал себя внутри храма или восточного дворца, а то и в тропическом лесу. Зеркальный зал становился огромным и наполнялся толпой, так как посетитель и фрагменты убранства отражались в стенах более 450 раз.

В зале аттракционов

"МИРОВЫЕ" КАЛЕЙДОСКОПЫ

На всемирной выставке  «Экспо 2005»  был представлен публике грандиозный оптический аттракцион: самый большой из когда-либо  сделанных   калейдоскопов был построен в виде огромной башни высотой 47 метров.   Зрители могли из вестибюля диаметром больше 40 метров   наблюдать впечатляющие узоры на круглом потолке. По периметру башни были выставлены вкруговую  три огромные   зеркальные  панели. 

Проникающие   через окна башни солнечные  лучи    падали  на вращающиеся  большие  колеса из цветного стекла  и  создавали  постоянно обновляющиеся многоцветные картины.

КАК УСТРОЕН КАЛЕЙДОСКОП?

• Калейдоскоп в толковом словаре Даля назван «узорником». А далее описывается его устройство:  «это трубка с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются  узорочною звездою, переменною,  при всяком движении или обороте трубки».
• Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит   принцип отражения  света от  плоских зеркал, образующих  между собой угол. Внутри   цилиндрической трубки, параллельно ее оси, расположены как минимум две зеркальные пластины, обращенные отражающими поверхностями друг к другу.

КАК УСТРОЕН КАЛЕЙДОСКОП?

• Внутри калейдоскопа может стоять  от  2-3-х  зеркал  до 4-х  или более. Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений одного предмета:  при углах между зеркалами в  45° — 8 изображений, при  60° — 6 изображений,  
• при 90° — 4 изображения.

КАК УСТРОЕН КАЛЕЙДОСКОП?

• Внутри трубки между зеркалами помещают  хотя бы несколько кусочков цветного стекла. Желательно, чтобы предметы, которыми заполняется калейдоскоп для создания узоров,   были бы  разными по величине и по весу. Кроме стеклышек  в качестве дополнительных компонентов используют  металл,  пластик,  бисер, камни, перламутр, перышки,  и др. Один конец трубки закрыт матовым стеклом, а с другого конца отверстие малого диаметра  закрыто прозрачным стеклом.  Повернув прибор матовым стеклом к свету,  можно видеть через прозрачное стекло симметрично расположенные, красивые цветные узоры , форма которых меняется при вращении калейдоскопа.

КАК УСТРОЕН КАЛЕЙДОСКОП?

• Узоры в калейдоскопе  практически никогда не повторяются. Как сказано в  известной книге  

Я.И. Перельмана, если у вас есть калейдоскоп с 20 стеклышками, и вы будете поворачивать его 10 раз в минуту, то  вам понадобится 500 000 миллионов лет, чтобы просмотреть все  узоры. Позднее изобретатели предложили проецировать узоры калейдоскопа на большой экран с помощью проекторов.

Для изготовления самого простого калейдоскопа возьмите трубку ( ее можно склеить самим из  плотной бумаги или, что проще всего,  взять цилиндрическую  картонную коробку из под картофельных чипсов). Для зеркал: Хорошо,  если найдутся три зеркальные полоски. Если их нет, то можно взять три обычные одинаковые по размеру,  длинные стеклышки и  покрасить их с одной стороны черным лаком.

КАК САМОМУ ИЗГОТОВИТЬ КАЛЕЙДОСКОП ?

КАК САМОМУ ИЗГОТОВИТЬ КАЛЕЙДОСКОП ?

Проклейте не заклеенную сторону стыка опять черной бумагой и скотчем, а  сверху для гарантии  оденьте на призму  круглую  резинку.

Затем сложите их на столе почти вплотную длинными сторонами друг к другу  и лаковой стороной  кверху. Места стыков проклейте черной бумагой, а сверху скрепите еще полоской скотча. После этого сверните зеркальные полоски так, чтобы образовалась трехгранная призма зеркальными поверхностями вовнутрь.

Трубку подгоните по размеру к длине призмы. Трубку с двух сторон необходимо закрыть. С одной стороны должна быть   полупрозрачная матовая поверхность, а с другой стороны – прозрачная. Надо подобрать два стеклянных кружочка  (или из других прозрачных материалов), соответствующих  диаметру трубы.  Чтобы сделать  одно стекло матовым, можно потереть его наждаком. Закрепите  с одной стороны торца трубы матовое стекло накрепко с помощью клея, скотча или другими способами. Вставьте в трубу зеркальную призму. Если призма внутри трубы  располагается достаточно свободно и бьется о стенки,  то для  фиксации призмы заполните пространство между призмой и трубой каким-нибудь  наполнителем.

КАК САМОМУ ИЗГОТОВИТЬ КАЛЕЙДОСКОП ?

Положите в  калейдоскоп,  в пространство между зеркал,  мелкие разноцветные стеклышки, бусинки, колечки,  прозрачные кусочки пластмассы и даже маленькие  непрозрачные кусочки  из черного картона. Здесь можно вдоволь фантазировать и экспериментировать! Теперь надо закрыть трубку с другого конца прозрачным стеклышком. Можно закрепить его, как и с другой стороны «намертво».  Но лучше изготовить прозрачную крышку, которую можно было бы снимать, чтобы добавлять (или убирать) стеклышки.  В любом случае на прозрачном стекле надо сделать из бумаги, наклеенной  на это стекло сверху (или с нижней стороны),  диафрагму.

  Вырежьте бумажный кружок по диаметру  своего круглого стеклышка, а в середине сделайте небольшое отверстие ( примерно 1 см в диаметре). Закрываем  изготовленной крышкой трубку калейдоскопа, и он, наконец-то, готов! Приставляем отверстие калейдоскопа к глазу, направляем другой его конец на свет, и вы в мире чудес!

КАК САМОМУ ИЗГОТОВИТЬ КАЛЕЙДОСКОП ?

ЗАЗЕРКАЛЬЕ

• Мы смотрим в зеркала каждый день , но не задумываемся о том, сколько интересных открытий может подарить нам "зазеркалье"! Придумав зеркало, человек и не подозревал, что создал один из самых загадочных предметов своего обихода. Даже не научившись ещё изготавливать "правильные" зеркала, мастера в изобилии изготовляли «неправильные» – увеличивающие и уменьшающие, цилиндрические и зажигательные – одним словом, "волшебные". По сей день остаются практически не разгаданными секреты древних китайских мастеров зеркал. А вспомните себя в детстве, когда, как в сказке, нестерпимо хотелось оказаться внутри таинственного зеркала.

ЗАЗЕРКАЛЬЕ

• Архитекторы научились "раздвигать" с помощью зеркал стены,  усиливать освещение и выстраивать запутанные лабиринты. "...В средневековье появилась  даже мода украшать зеркалами целые комнаты: не только стены, но даже потолки. Такие комнаты поражали гостей, вызывали восхищение. Но жить в зеркальной комнате, конечно, было нельзя: всюду, куда ни посмотришь, бесконечная перспектива комнат, тысячи отражений. Сперва это кажется забавным, а потом становится неприятно и страшно."

ЗАЗЕРКАЛЬЕ

• Именно это возникающее чувство страха перед зеркальной бесконечностью было использовано испанской инквизицией. "... она придумала особую, зеркальную пытку. Человека сажали на несколько дней в зеркальную комнату-коробку, где, кроме, него и лампы, не было ничего. День и ночь на него смотрели бесчисленные отражения, как бы его близнецы. Они были наверху, справа, слева, внизу. Они повторяли каждое его движение, точно издевались над пленником. Чаще всего человек не выносил пытки зеркалами и сходил с ума."

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!