Проектная работа обучающегося 9 класса

Информационный проект «ПЛАЩ – НЕВИДИМКА»

Автор работы: Шавлюков Матвей Николаевич

Учреждение: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Центр образования «Школа-сад №7»

Класс: 9 б

Руководитель проекта: Галия Казымовна Иванова

Ханты-Мансийск, 2020

Актуальность исследования

• Моя исследовательская работа по физике “ПЛАЩ-НЕВИДИМКА ” посвящена тому, чтобы понять: как создается невидимость объекта?
• Плащ-невидимка, как у Гарри Поттера, физически возможен? Или это просто миф?
• Интересуют ли вопросы невидимости ученых? Моих ровесников? Если да, то с какой целью?

Цель моей работы

• Исследовать: возможно ли с точки зрения науки создание плаща-невидимки?
• Принцип работы плаща или как работает человеческое зрение.
• Провести исследование /опрос/ среди моих друзей и сверстников: Как бы они использовали плащ-невидимку?

В ходе реализации проекта

• Изучил литературные и Интернет-источники по теме проекта.
• Провел опрос-исследование среди друзей и сверстников:

• Как ты думаешь, существует ли плащ-невидимка?
• Если бы он был у тебя, то как бы ты его использовал? Для чего?

• Проанализировал и систематизировал полученные данные.

Что такое видимость?

• В вакууме или в прозрачной среде лучи света распространяются прямолинейно. Однако, если луч встречает преграду, он трансформируется – отражается, преломляется, поглощается. Попав в человеческий глаз, такой видоизмененный луч позволяет нам «видеть».

Решение проблемы невидимости

• Возможность по своему желанию становиться невидимым столетиями входила в первую тройку величайших человеческих желаний наряду с полетами и способностью видеть то, что далеко.
• Созданием реального  плаща-невидимки  учёные занялись лишь четверть века назад, однако за столь короткий промежуток времени они успели найти сразу несколько технических решений этой задачи:
• 1) Особый материал, преломляющий лучи. Группа американских ученых из Калифорнийского университета в Беркли создала прототип плаща-невидимки, который оказался максимально приближенным к его описанию в научной фантастике. Пока разработанная система может скрывать от взора человека только микроскопические объекты.

Решение проблемы невидимости

• 2) Проекция всего что находится сзади объекта на специальный экран впереди.

• 3) «Хамелеон » или «камуфляж » – принять цвет окружающей среды.

Решение проблемы невидимости

• 4) Щит из радиоволн. Световые лучи и радиоволны имеют одну и ту же природу - это электромагнитные колебания. заключается в искривлении пути света вокруг объекта так, чтобы он оказывался по другую его сторону — словно объекта не существовало. «Плащ», изобретенный в Национальной лаборатории имени Лоуренса, гибок, но пока слишком дорог. Известно, что «плащ-невидимка» покрыт слоем фторида магния, на который нанесен узор из крошечных золотых кирпичиков-антенн толщиной в 30 нанометров. Это очень тонкая пленка, во много раз тоньше волоса. Общая толщина вместе с подложкой составляет 50 нанометров. «Кирпичики» представлены в шести различных размерах, в пределах от 30 до 220 нанометров в длину и от 90 до 175 нм в ширину. Благодаря этим микроантеннам существует возможность поворачивать зеркальные поверхности перпендикулярно направлению света и полностью его рассеивать. При этом учитывается и частота, и фаза излучения, - относительно начального параметра они повернуты на 180 градусов, что позволяет полностью его компенсировать. При правильной настройке поверхностей полированный золотых плоскостей можно придать отраженному свету любой эффект. Он может изображать фон объекта (например, пол) или нечто совершенно другое. Если плащ-невидимка будет достаточно большим, теоретически им можно накрыть что угодно. К примеру, танк будет похожим на велосипед. Или его вообще будет не видно.

Решение проблемы невидимости

• 5) Использование метаматериалов . Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счет их расположения . Ученый исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды - поглощаться или проходить сквозь нее. Он предложил использовать материалы, в состав которых входит металл (проводник электричества) и диэлектрик. Тем не менее, когда в 2006 году дошло до опытов, выяснилось, что метаматериалы Пендри делают предметы невидимыми только в инфракрасном диапазоне. Тогда профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили отказаться от металла и использовать только диэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного. Чтобы сделать плащ-невидимку, такие кристаллы начали исследовать физики из Бирмингема. Вскоре им удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Когда все кристаллы оказались на подложке, в них проделали отверстия нанометрового диаметра. В результате получилось гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне. Именно такую технологию, возможно, использовали канадские создатели военных «исчезающих плащей», которые пока держат состав своего материала в секрете.

Итоги опроса-исследования среди друзей и сверстников

1) Как ты думаешь, существует ли плащ-невидимка?

• Нет - 77,5%
• Да – 22,5%

2) Если бы у тебя был плащ-невидимка, то как бы ты его использовал? Для чего?

• Путешествовал(а) – 67,5%
• Необычно знакомился(ась) с людьми – 25,0 %
• Ходил бы на концерты любимых исполнителей – 17,5%,
• Стал бы фокусником – 10,0%
• Улетел бы в Канаду, в Америку – 5,0 %

Выводы

• На сегодня наибольший интерес представляют метаматериалы. Они не просто перенаправляют видимый свет. В зависимости от того, как и где они будут использоваться, метаматериалы способны перенаправлять микроволны, радиоволны, а также малоизученные Т-волны — нечто среднее между микроволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре. Практически любой тип волн электромагнитного спектра может манипулироваться метаматериалами.

Выводы

• Благодаря метаматериалам однажды можно будет создать специальные Т-волновые сканеры для медицинских процедур, компактные радиоантенны, обладающие возможностью изменять свои свойства прямо на ходу, и много чего еще. Короче говоря, метаматериалы являются очень многообещающим проектом, чьи теоретические возможности практически бесконечны. Однако до коммерческого использования этих материалов нам придется пройти очень длинный и нелегкий путь. Казалось бы фантастика «Плащ-невидимка», однако развитие науки физики, сопутствующих наук реализовало эту фантастику в жизнь, привело к возможности использования «невидимости».

Мои ожидания

• Мое исследование подошло к концу. Я надеюсь, что правильно сделал.

Вывод таков: технологии есть для создания такого шедевра, но с другой стороны, пока не все полностью осуществимо.

Но если есть материалы и научные точки зрении, то думаю плащ невидимка уже создан, думаю от нас это скрывают, ведь такие идеи созданы для военной участи( я так предполагаю).

Изучив все это, я понял как получают видимое и невидимое изображение. Как знания о невидимости можно использовать практически.

Есть небольшие недостатки у плаща невидимки:

1 – В открытом доступе не имеется ни одного способа ;

2 – Невозможность быстрого передвижение

3 – Сложность осуществления некоторых способов ;

В общем, небольшой вывод: такой научный процесс, который воплощает сказки в жизнь, такая сказка может быть и реальностью, но по нашим представлениям пока не полностью осуществима, так что, не получиться себя представить в виде Гарри Поттера.

Сайты

• https://zen.yandex.ru/media/scienceeveryday/mantiianevidimka-vydumka-ili-realnost-5cbf3b8c70f6f500b0ddd8b1

• https://theoryandpractice.ru/posts/9284-invisible
• https://www.chem21.info/info/135358/