Проектная работа по теме "Камера-обскура"

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по теме «Камера-обскура»

Выполнила: Орлова Евгения,

ученица 8 Б класса,

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 10

им. Е. И. Зеленко», г. Курска

Проверил: Бреева Н. И.,

учитель физики

Курск 2017

Содержание:

1. История камеры-обскура…………………………………………………..…..3стр.

2. Практическое использование………………………………………………..6 стр.

3. Принцип действия……………………………………………………………..……6стр.

4. Изучение камеры-обскура…………………………………………………..…..8стр.

5. Список литературы………………………………………………….…………….9стр.

6. Приложения……………………………………………………….…………………….9стр.

История изобретения камеры-обскура.

Время когда была изобретена камера-обскура и кому принадлежит сама идея ее возникновения до сих пор в точности не известны.

Принцип проекции окружающего пространства на плоскость был известен очень давно многим исследователям, но никто не обращал на него особого внимания до тех пор, пока один из экспериментаторов не пожелал изучить причину данного явления и возможность его практического применения.

Изобретателем камеры-обскура долгое время ошибочно считали итальянского физика Джованни Батиста делла Порта, описавшего в "Натуральной магии" (1560 г.) сам прибор и способ повышения яркости изображения при замене отверстия линзой. На самом деле эффект, даваемой камерой-обскура был скорее замечен пытливым человеческим глазом в естественных условиях.

Первые камеры-обскура представляли собой затемнённые помещения (или большие ящики) с отверстием в одной из стен. Упоминания о камере-обскура встречаются ещё в V—IV веке до н. э. — последователи китайского философа Мо-цзы (моисты) описали возникновение перевёрнутого изображения на стене затемнённой комнаты. Возможно, упоминание о камере-обскуре встречаются и у Аристотеля, который задавался вопросом: «Каким образом может возникать круглое изображение Солнца, когда оно светит через квадратное отверстие?»

В X веке арабский учёный Ибн ал-Хайсам (Альхазен) из Басры пользовался специальными палатками для наблюдений за затмениями Солнца. Зная как вредно смотреть на Солнце невооружённым глазом, он делал маленькое отверстие в пологе палатки и рассматривал изображения Солнца на противоположной стенке. Альхазен был первым, кто объяснил принцип действия камеры-обскура, основываясь на принципе прямолинейности распространения света, при этом он сделал вывод, что общепринятая в те годы теория распространения света, согласно которой, лучи света исходят из глаз и как бы «общупывают» объект, не соответствует действительности.

Судя по всему, первым использовал камеру-обскура для зарисовок с натуры Леонардо да Винчи. Он также подробно описал её в своём «Трактате о живописи».

Первое точное и полное ее описание мы находим в рукописи  Вентури  "О физико-математических трудах Леонардо да Винчи", опубликованной в Париже в 1797 г., автор приводит следующее место из сочинения Леонардо, относящееся к камере-обскура:

"Следующий опыт показывает, каким образом пересекаются лучи от предметов в белковой жидкости внутри глаза. Когда изображения освещенных предметов попадают через малое круглое отверстие внутрь очень темной комнаты, то, поместив на некотором расстоянии от отверстия лист белой бумаги, вы обнаружите на ней все предметы в их соответствующих размерах и цветах. Они будут уменьшенных размеров и обращенными по причине вышеуказанного пересечения лучей. Изображение предмета, освещенного солнцем, будет казаться как бы нарисованным на бумаге, если взять тонкую бумагу и изображение рассматривать сзади. Отверстие должно быть сделано в очень тонком куске листового железа"

Далее Леонардо да Винчи приводит схему расположения отверстия и экрана и ход световых лучей. Следует отметить, что он не говорит о камере-обскуре, как об изобретении. Из чего можно заключить, что не Леонардо да Винчи первый описал это устройство. 

Это была затемненная комната с отверстием в стене. Изображения предметов, находящихся вне комнаты, проецировались через отверстие на противоположную стену. Люди, находившиеся в комнате, могли наблюдать эти изображения и срисовывать их на бумагу.

 Новое устройство захватило умы всех ученых того времени. В разных странах камеры -обскура испытывались, дополнялись нововведениями, усовершенствовались. Порой это происходило одновременно в разных странах. Теперь трудно с точностью сказать, кто первым предложил поставить линзы и увеличить четкость изображения.

В 1279 году архиепископ Кентерберийский Джон Пенхам высказал мысль, что с помощью камеры-обскура можно наблюдать за движением Солнца.

10 июля 1600 года великий астроном и физик Иоганн Кеплер сделал  для наблюдения солнечного затмения  большую камеру-обскуру.  В 1620 году он поставил  в поле камеру-обскура в виде темной  палатки,  в прорезь палатки  вставил линзу  и наблюдал  изображения, появлявшееся  на белой бумаге на противоположной стенке.

Кеплер создал оптическую систему для камеры-обскура, состоящую из вогнутой и выпуклой линз, что позволило увеличить угол поля зрения камеры.

 В 1659 году голландский ученый Христиан Гюйгенс добавил к аппарату фокусирующие линзы для  увеличения четкости изображения.
Для развлечения публики строились камеры-обскура величиной с комнату.

 Сверху делали маленькое отверстие. Проецировали на отверстие изображение природы или предметов с помощью зеркала и получали внутри затемненной камеры - комнаты на горизонтальной поверхности, например стола, изображения внешних объектов.

Не одну сотню лет ученые пытались «остановить мгновение» и каким-то образом зафиксировать изображения, полученные камерой-обскурой. Лишь развитие химии позволило создать устойчивое во времени изображение.

Первые  неисчезающие  изображения с помощью камеры-обскуры были получены Жозефом Нисефором Ньепсом в 1826 году.

Первая попытка получить изображение с помощью камеры-обскура была предпринята в Англии в 1802 г. Гемфри Дэви и Томасом Веджвудом, которые экспонировали в камере обычную бумагу, пропитанную раствором азотнокислого серебра и поваренной соли.

Необходимо отметить, что изображение, формируемое в камере-обскура, довольно тёмное. Чтобы увеличить его яркость дополнительно могли устанавливать собирающую линзу Английский учёный Дэвид Брюстер был одним из первых, кто делал фотографии с помощью пинхола. В 1850-х годах в его книге «Стереоскоп» впервые было определено слово «пинхол». Другой англичанин, Флиндресс Питре, в 1880-х годах сделал множество фотографий с помощью пинхола во время раскопок в Египте. Его фотографии можно встретить в Лондонских музеях. Популяризации пинхол-фотографии способствовали появляющиеся многочисленные публикации.

Фотографию по праву можно считать одним из главных изобретений 18-го века.

Появление фотографии стало возможным благодаря учённым и изобретателям многих стран мира. Они исследовали светочувствительные вещества, которые при взаимодействии со светом могли закрепить изображение на различной поверхности.

Н. Ньепс назвал свой способ гелиография (солнцепись), который заключался в следующем: смесь асфальта в лавандовом масле наносилось тонким слоем на пластинку из металла, далее на ней рисовали полупрозрачный штриховой рисунок и на долгое время оставляли на свету, асфальт затвердевал в освещённых участках. Далее пластинку опускали в сосуд с лавандовым маслом, которое вымывало незакреплённые участки асфальта, в результате таким способом получали рельефное изображение. Использовали его как клише, делая типографические оттиски на бумаге.

Н. Ньепс в 1826 г. использовал асфальтовый слой для получения изображения с помощью камеры – обскура.

В развитие фотографии внёс огромный вклад английский учённый Уильям Генри Фокс Талбот. Он сделал сравнительно высокочувствительную бумагу, на которую наносили раствор хлористой соли и поэтапно очувствляли, соединяя с раствором хлористого серебра. Затем в сухом виде бумага экспонировалась в камере-обскура, а полученное изображение закреплялось при помощи поваренной соли. Новый способ получил название «фотогенное рисование».

Для того чтобы напечатать бумажные негативы Талбот также пользовался очувствлённой бумагой, которую закреплял под бумажным негативом и экспонировал при сильном свете. Как только изображение достигало достаточной плотности, его закрепляли.

Практическое использование.

Как видим, все современные фотоаппараты есть не что иное, как все та же древняя камера-обскура, только снабженная различного рода вспомогательными механизмами. Принцип действия ее остался прежним, не претерпев никаких изменений!

Этот принцип был известен ученым давно. О нем еще в середине IV в. до н. э. упоминал в одном из своих трудов великий мыслитель древности Аристотель. Правда, в то время камера-обскура в том виде, какой она стала позже, еще не была известна. Дело в том, что принцип ее действия можно наблюдать в любом темном помещении с отверстием для света, в том числе в комнате, что и делал, по всей вероятности, Аристотель.
Такая комната и называлась первоначально камерой-обскурой, что в переводе с латинского означает «темная комната». Позже по аналогии с «темной комнатой»-камерой-обскура стали называть деревянный или металлический ящик с отверстием в передней стенке, куда вставлялась простая двояковыпуклая линза в оправе, а вместо задней стенки крепилась полупрозрачная бумага или матовое стекло.

Итак, речь пойдет об изобретении и усовершенствовании камеры-обскуры — прототипа современного фотоаппарата. Камера-обскура была уже хорошо знакома Вителло и Роджеру Бэкону. Между прочим, последний предлагал пользоваться камерой-обскурой вместе с зеркалом для того, чтобы, находясь в помещении, наблюдать за проходящими мимо окон людьми. Вероятно, это была первая попытка практического использования камеры-обскура.

Принцип действия:

Принцип действия камеры-обскура заключается в следующем. Если в одной из стенок темного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика (внутри его) образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевернутым.

т

Размеры изображаемых предметов (или, другими словами, масштаб увеличения) зависят от расстояния между отверстиями и стенкой, на которой возникает изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы. При этом качество изображения находится в прямой зависимости от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение, и тем оно темнее. С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает.

Камера-обскура не обеспечивает высокой резкости изображения. До определенного предела резкость изображения может быть повышена путём уменьшения диаметра отверстия, но при слишком сильном уменьшении начинают сказываться эффекты дифракции и изображение становится ещё более расплывчатым

Наши глаза также работают по принципу камеры-обскура, усиленной оптической системой в виде хрусталика и глазного яблока, способной воспроизводить чёткие образы независимо от дальности объекта. Но не все системы изображения имеют линзы. Так морское животное Наутилус имеет глаз в виде крошечного отверстия, резкость изображения повышается путём уменьшения его диаметра.

Изготовление камеры-обскура

Цели работы

1. Изготовление камеры-обскура;

2. Получение изображения с помощью камеры-обскура;

3. Выявление факторов влияющих на качество изображения.

1. Изготовление камеры-обскура.

1.1. Для изготовления простейшей камеры-обскура (камеры-обскура №1) использовались: одноразовый пластиковый стаканчик, булавка для шитья, чёрная краска, кисть, лист пергаментной бумаги 12х12 см (или же калька), канцелярская резинка.

• Тщательно покрываем стаканчик черной краской с обеих сторон;

• После того, как краска высохла, в центре дна стаканчика делаем очень маленькое отверстие с помощью булавки – это будет объективом камеры-обскура;

• Закрепляем резинкой бумагу на стаканчике с противоположной дну стороны – это экран;

Таким образом у нас получилась камера-обскура с расстоянием от отверстия до экрана 9 см.

1. Для изготовления камеры-обскуры №2 использовались: цилиндр из картона высотой 35 см, щило, бумажная белая салфетка, канцелярская резинка.

• С помощью шила в металлическом дне цилиндра делается небольшое отверстие;

• С противоположной стороны закрепляем резинкой бумажную салфетку.

1. Получение изображения с помощью камеры-обскура.

Все опыты проводятся в затемнённой комнате.

2.1

• Зажигаем свечу, и наблюдаем огонёк, держа стаканчик на вытянутой руке экраном к себе;

• Присмотревшись, видим на тёмном фоне бумаги небольшое светлое пятно – это изображение пламени, причём оно «стоит на голове».

2.2

• Направляем камеру-обскура на два светодиода (красный сверху, зелёный снизу);

• На экране камеры-обскура наблюдаем красный светодион снизу, зелёный – сверху.

2.3.

• Направляем камеру-обскура на экран смартфона;

• На экране камеры-обскура №2 наблюдаем перевёрнутое изображение, на экране камеры-обскура №1 изображение не наблюдается.

1. Выявление факторов влияющих на качество изображения

По результатам проведённых опытов, сделан вывод: чем дальше отверстие камеры расположено от экрана, тем лучше видно изображение.

Далее мы повторили опыты описанные в пункте 2, увеличив при этом отверстие в камере №1 и камере №2, в результате чего, мы наблюдали более размытые изображение объектов.

1. Выводы:

Качество изображения зависит от размера камеры и от диаметра отверстия для проникновения света. При увеличении размера камеры увеличивается яркость и общее качество. При увеличении диаметра отверстия для проникновения света чёткость изображения ухудшается.

Список используемой литературы:

• http://www.fashionbank.ru/articles/article3960.html

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Камера-обскура#.D0.98.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.8F

• http://fotomtv.ru/stati/istoriya_razvitiya_fotografii_i_kameri_-_obskuri/

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Камера-обскура

• https://otvet.mail.ru/question/26555472

• http://enciklopediya-tehniki.ru/promyshlennost-na-k/kamera-obskura.html

• http://www.alfafoto.ru/shkola/a1.htm

Приложения

• Учебник «Физика 8 класс». Автор: А. В. Перышкин.

Цели научно-исследовательской работы:

1. Исследовать когда появилось первое упоминание о камере-обскура и проследить историю ее развития.

2. Показать практическое использование камеры-обскура в древности.

3. Рассмотреть принцип действия камеры-обскура.

4. Предложить способы изготовление камеры-обскура в домашних условиях.

5. Получить изображения с помощью представленной камеры-обскура.

6. Выявить факторы, влияющих на качество изображения, даваемое камерой-обскура.