"Практическое применение законов отражения и преломления света". 11-й класс
Назад Вперёд
Цели урока:
- Учащиеся должны повторить и обобщить знания полученные при изучении темы “Отражение и преломление света”: явление прямолинейности распространения света в однородной среде, закон отражения, закон преломления, закон полного отражения.
- Рассмотреть применение законов в науке, технике, оптических приборах, медицине, на транспорте, в строительстве, в быту, окружающем нас мире,
- Уметь применять полученные знания при решении качественных, расчетных и экспериментальных задач;
- расширить кругозор учащихся, развитие логического мышления, интеллекта;
- уметь проводить сравнения, делать вводы;
- развить монологическую речь, уметь выступать перед аудиторией.
- научить добывать информацию из дополнительной литературы и из Интернета, анализировать её.
- прививать интерес к предмету физика;
- научить самостоятельности, ответственности, уверенности;
- создать ситуацию успеха и дружеской поддержки в процессе урока.
- Прибор по геометрической оптике, зеркала, призмы, катафот, бинокль, оптоволокно, приборы для опыта.
- Компьютер, видеопроектор, экран, презентация “Практическое применение законов отражения и преломления света”
I. Тема и цель урока (2 минуты)
II. Повторение (фронтальный опрос) – 4 минут
III. Применение прямолинейности распространения света. Задача (у доски). — 5 минут
IV. Применение закона отражения света. — 4 минуты
V. Применение закона преломления света:
1) Опыт — 4 минуты
2) Задача — 5 минут
VI Применение полного внутреннего отражения света:
а) Оптические приборы – 4 минуты.
в) Волоконная оптика – 4 минуты.
VII Миражи — 4 минуты
VIII.Самостоятельная работа – 7 мин.
IХ Подведение итогов урока. Домашнее задание – 2 мин.
I. Тема урока, цель, задачи, содержание. (Слайд1-2)
Эпиграф. (Слайд 3)
Чудный дар природы вечной,
Дар бесценный и святой,
В нем источник бесконечный
Наслажденье красотой:
Небо, солнце, звезд сиянье,
Море в блеске голубом –
Всю картину мирозданья
Мы лишь в свете познаем.
И.А.Бунин
а) Геометрическая оптика. (Слайды 4-7)
Свет в однородной среде распространяется прямолинейно. Или в однородной среде световые лучи представляют собой прямые линии
Линия, вдоль которой распространяется световая энергия, называется лучом. Прямолинейность распространения света со скоростью 300000км/с используется в геометрической оптике.
Пример: Применяется при проверке по лучу прямолинейности отстроганной доски.
Возможность видеть несветящиеся предметы связана с тем, что всякое тело частично отражает, а частично поглощает падающий на него свет. (Луна). Среда, в которой скорость распространения света меньше, является оптически более плотной средой. Преломление света — это изменение направления луча света при пересечении границы между средами. Преломление света объясняется различием в скоростях распространения света при переходе из одной среды в другую
б) Демонстрация явления отражения и преломления на приборе “Оптический диск”
в) Вопросы для повторения. (Слайд 8)
III. Применение прямолинейности распространения света. Задача (у доски).
а) Образование тени и полутени. (Слайд 9).
Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени и полутени. При малых размерах источника или если источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь получается только тень. При больших размерах источника света или, если источник находится близко к предмету, создаются нерезкие тени (тень и полутень).
б) Освещение Луны. (Слайд10).
Луна по своему пути вокруг Земли освещается Солнцем, она сама не светится.
1. новолуние, 3. первая четверть, 5. полнолуние, 7. последняя четверть.
в) Применение прямолинейности распространения света в строительстве, в строительстве дорог и мостов. (Слайды 11-14)
г) Задача №1352(Д) (учащийся у доски). Длина тени от Останкинской телевизионной башни, освещенной солнцем, в некоторый момент времени оказалась равной 600 м; длина тени от человека высотой 1,75 м в тот же момент времени была равна 2 м. Какова высота башни? (Слайд 15-16)
Вывод: По этому принципу можно определить высоту недоступного предмета: высоту дома; высоту отвесной скалы; высоту высокого дерева.
д) Вопросы для повторения. (Слайд 17)
IV. Применение закона отражения света. (Слайды 18-21).
а) Зеркала (Сообщение учащегося).
Свет, встречная на своем пути какой нибудь объект, отражается от его поверхности. Если она не ровная, то отражение происходит во многих направлениях и свет рассеивается.Когда же поверхность гладкая, то все лучи отходят от нее параллельно друг другу и получается зеркальное отражение.Так свет обычно отражается от свободной поверхности покоящихся жидкостей и от зеркал. Форма у зеркал может быть разная. Они бывают плоскими, сферическими, циоиндрическими, пароболическими и т.д. Свет, исходящий из обьекта, распростроняется в виде лучей, которые, падая на зеркало, отражаются. Если они вновь после этого соберутся в какой-нибудь точке,то говорят, что в ней возникло действие изображние объекта. Если же лучи остаются разьединенными, но в какой-то точке сходятся их продолжения, то нам кажется, что лучи исходят их неё именно там находится объект. Это так называемое мнимое изображение,которое создается в воображении наблюдения. С помощью вогнутых зеркал можно проецировать изображениена какую-нибудь поверхностьили собирать в одной точке слабый свет, приходящий от удаленного объекта,как это бывает при наблюдении звезд с помощью телескопа-рефлектора. В обоих случаях изображение получается действительным, другие зеркала используются для того, чтобы видить в них объект в натуральную величину (обычные плоские зеркала), увеличенным (такие зеркальца носят в дамской сумочке) или уменьшенным(зеркала заднего вида в автомобилях). Получаемые при этом изображения являются мнимыми(виртуальными). А с помощью кривых, несферических зеркал можно делать изображение искаженным.
V. Применение закона преломления света. (Слайды 22-23).
а) Ход лучей в стеклянной пластинке. Построить и объяснить. (Учащийся у доски)
б) Ход лучей в треугольной призме. Построить и объяснить. (Учащийся у доски)
в) Опыт: Применение закона преломления. (Сообщение учащегося.) (Слайды 24)
Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности только потому, что забывают об одном любопытном следствии закона преломления света. Они не знают, что преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Дно пруда, речки, водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть глубины. Особенно важно знать это детям и вообще людям невысокого роста, для которых ошибка в определении глубины может оказаться роковой. Причина преломление световых лучей.
Опыт: На дно, стоящей перед учащимися чашки положить монетку так. чтобы она не была видна учащемуся. Попросить его не поворачивая головы, налить в чашку воды, то монетка “всплывёт”. Если из чашки спринцовкой удалить воду, то дно с монеткой опять “опустится”. Объяснить опыт. Провести опыт каждому дома.
г) Задача. Истинная глубина участка водоёма равна 2 метра. Какова кажущая глубина для человека, смотрящего на дно под углом 60°к поверхности воды. Показатель преломления воды равен 1,33. (Слайды 25-26).
д) Вопросы для повторения. (Слайд 27-28).
VI. Полное внутреннее отражение. Оптические приборы
а) Полное внутреннее отражение. Оптические приборы. (Сообщение учащегося)
Полное внутренне отражение происходит в том случае, когда свет падает на границу между оптически более плотной средой и менее плотной средой. Полное внутреннее отражение находит применение во многих оптических приборах. Предельный угол для стекла 35°-40° в зависимости от показателя преломления данного сорта стекла. Поэтому в 45° призмах свет будет испытывать полное внутреннее отражение.
Вопрос. Почему оборотные и поворотные призмы лучше применять, чем зеркала?
а) Они отражают почти 100 света, так как самые лучшие зеркала — менее 100. Изображение получается более ярким.
в) Их свойства остаются неизменными, так как металлические зеркала тускнеют с течением времени из-за окисления металла.
Применение. Поворотные призмы применяются в перископах. Оборотные призмы – в биноклях. На транспорте применяется угловой отражатель – катафот, его укрепляют сзади – красный, впереди – белый, на спицах колес велосипеда – оранжевый. Световозвращатель или оптическое устройство, отражающее свет обратно к освещающему его источнику независимо от угла падения света на поверхность. Ими оборудуются все транспортные средства и опасные участки дорог. Изготавливается из стекла или пластмасс.
б) Вопросы для повторения. (Слайд 36).
в) Волоконная оптика. (Сообщение учащегося). (Слайды 37-42).
На полном внутреннем отражении света основана волоконная оптика. Волокна бывают стеклянные и пластиковые. Диаметр их очень маленький- несколько микрометров. Пучок этих тонких волокон называется световодом, свет передвигается по нему почти без потерь, даже если предать световоду сложную форму. Это используется в декоративных светильниках, при подсветки струй в фонтанах.
Световоды находят применение для передачи сигналов в телефонной и других видах связи. Сигнал представляет собой модулированный световой пучок и передается с меньшими потерями, чем при передаче электрического сигнала по медным проводам.
Световоды применяются в медицине – передача четкого изображения. Вводя через пищевод “эндоскоп” врач получает возможность обследовать стенки желудка. По одним волокнам посылается свет для освещения желудка, по другим идёт отражённый свет. Чем больше волокон, и чем они тоньше, тем лучше получается изображение. Эндоскоп полезен при обследовании желудка и других труднодоступных мест, при подготовки больного к операции или при поиски травм и повреждений без хирургического вмешательства.
В световоде происходит полное отражение света от внутренней поверхности стеклянного или прозрачного пластикового волокна. На каждом из торцов световода имеются линзы. На торце обращенном к объекту. линза превращает исходящие из него лучи в параллельный пучок. На торце, обращенном к наблюдателю, имеется зрительная труба, позволяющая рассмотреть изображение.
VII. Миражи. (Учащийся рассказывает, дополняет учитель) (Слайды 43-46).
Французская армия Наполеона в 18 веке встретилась в Египте с миражом. Солдаты увидели впереди “озеро с деревьями”. Мираж — французское слово, означает “отражать как в зеркале”. Солнечные лучи проходят через воздушное зеркало, порождают “чудеса”. Если земля хорошо нагрета, то нижний слой воздуха значительно теплее, чем слои расположенные выше.
Мираж — оптическое явление в ясной, спокойной атмосфере при различной нагретости отдельных ее слоев, состоящее в том, что невидимые, находящиеся за горизонтом предметы отражаются в преломленной форме в воздухе.
Поэтому солнечные лучи, пронизывая воздушную толщу, никогда не идут прямолинейно, а искривляются. Это явление называется рефракцией.
Мираж многолик. Он может быть простым, сложным, верхним, нижним, боковым.
Когда нижние слои воздуха хорошо нагреты, то наблюдается нижний мираж – мнимое перевернутое изображение предметов. Так чаще всего бывает в степях и пустынях. Этот вид миража можно увидеть в Средней Азии, Казахстане, Поволжье.
Если приземные слои воздуха гораздо холоднее, чем верхние, то возникает верхний мираж — изображение отрывается от земли и повисает в воздухе. Предметы кажутся ближе и выше, чем на самом деле. Этот вид миража наблюдается ранним утром, когда солнечные лучи еще не успели согреть Землю.
На поверхности моря в жаркие дни моряки видят корабли, повисшие в воздухе, и даже предметы далеко за горизонтом.
VIII. Самостоятельная работа. Тест – 5 мин. (Слайды 47-53).
1. Угол между падающем лучом и плоскостью зеркала равен 30°. Чему равен угол отражения?
2. Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный цвет?
а) ассоциируется с цветом крови;
б) лучше бросается в глаза;
в) имеет самый малый показатель преломления;
г) имеет наименьшее рассеивание в воздухе
3. Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета?
а) оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии;
б) мало изменяется во время непогоды;
в) имеет наименьшее рассеивание света;
г) согласно требованию безопасности труда.
4. Чем объяснить игру света в драгоценных камнях?
а) их грани тщательно шлифуются;
б) большим показателем преломления;
в) камень имеет форму правильного многогранника;
г) правильным расположением драгоценного камня по отношению к световым лучам.
5. Как изменится угол между падающим на плоское зеркало и отраженным лучами, если угол падения увеличить на 15°?
а) увеличится на 30°;
б) уменьшится на 30°;
в) увеличится на 15°;
г) увеличится на 15°;
6. Какова скорость света в алмазе, если показатель преломления равен 2,4?
а) примерно 2000000 км/с;
б) примерно 125000 км/с;
в) скорость света не зависит от среды, т.е. 300000 км/с;
г) 720000 км/с.
IХ. Подведение итогов урока. Домашнее задание. (Слайды 54-56).
Анализ и оценка деятельности учащихся на уроке. Учащиеся обсуждают вместе с учителем результативность урока, оценивают свою деятельность.
Закон отражения света
То, что свет имеет свойство отражаться от определенных поверхностей (зеркал) люди заметили уже очень давно. И не просто заметили, но порой и использовали это свойство света в практических целях. Так еще выдающийся ученый и изобретатель античности Архимед с помощью системы зеркал, умело отражая в них солнечные лучи, смог поджечь римский флот, осаждавший его родной город Сиракузы (собственно на картинке выше как раз изображены боевые зеркала Архимеда). В основе этого гениального изобретения Архимеда стоял физический закон отражения света.
Несмотря на это, теоретическое обоснование закона отражения света было сделано уже гораздо позже, в 17-м веке благодаря трудам французского ученого Пьера Ферма (того самого автора известной математической теоремы, которую никто не может доказать). Появление этого физического закона было следствием одного из принципов Ферма, гласящего, что луч света между двумя точками всегда распространяется по самому короткому пути.
Формулировка закона
Итак, давайте сформулируем закон отражения света, он гласит, что угол падения света равен углу его отражения.
Вот так выглядит наглядная иллюстрация этого закона.
Если же попробовать записать закон отражения света формулой, то она будет выглядеть следующим образом:
Где α – угол падения, а β – угол отражения.
Как видите все просто, а доказательством закона отражения света, может быть простой опыт с зеркалом и фонариком, просто направьте луч света на зеркало и увидите работу нашего закона в действии.
Практическое применение
Разумеется, гениальная выдумка Архимеда, описанная в начале статьи, была далеко не единственным практическим применением этого закона. Благодаря работе со светом, его усилению и отражению были получены такие полезные изобретения как бинокль, незаменимый в астрономии телескоп, и не менее незаменимый в биологии микроскоп и многие другие оптические приборы, в том числе такие привычные для многих современных людей очки.
Применение законов отражения света
Читаем википедию: «Зе́ркало — гладкая поверхность, предназначенная для отражения света (или другого излучения)».
Без зеркала мы уже не представляем себе жизнь. Перед ним поправляем прическу, примеряем одежду, гримасничаем, репетируем речь для выступления и многое другое. Зеркало прочно вошло в нашу жизнь.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| primenenie_zakonov_otrazheniya.docx | 147.21 КБ |
Предварительный просмотр:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
«ВОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
Применение законов отражения света
студента гр. ТВ-31
Субботина Владислава Дмитриевича
Нарватова Валентина Борисовна,
История создания зеркал……………………………………..
Плоское зеркало. Применение плоских зеркал………………
Дворец иллюзий и Дворец миражей………………………….
Зеркало – тайное оружие разведчика…………………………
Сферические зеркала. Применение сферических зеркал……
Законы отражения не возможно выполнить без зеркал.
Читаем википедию: «Зе́ркало — гладкая поверхность , предназначенная для отражения света (или другого излучения )».
Без зеркала мы уже не представляем себе жизнь. Перед ним поправляем прическу, примеряем одежду, гримасничаем, репетируем речь для выступления и многое другое. Зеркало прочно вошло в нашу жизнь.
Объект моего исследования: зеркало.
Цель моей работы:
1. Выяснить природу зеркала.
2. Области применения зеркал.
1. История создания зеркал.
Первые упоминания о зеркалах относятся к 1200 г. до н. э. 150 лет назад археологи обнаружили в одной из египетских гробниц небольшой металлический диск, покрытый толстым слоем ржавчины. Диск был укреплён на голове статуэтки молодой женщины. О его назначении терялись в догадках. Когда в лаборатории наждаком сняли толстый слой чёрного налёта, то на свет выглянула гладкая отполированная поверхность, в которой химик увидел своё отражение. Загадочный предмет оказался зеркалом. После исследования оказалось, что диск сделан из бронзы.
Впервые стёкла начали изготовлять в 15 веке на итальянском острове Мурано, что недалеко от Венеции. Муранские мастера первыми научились варить прозрачное стекло. Они нашли способ, как из стеклянного пузыря сделать плоский лист. Теперь встал вопрос, как соединить металл и стекло: ведь стекло очень хрупкое. Для того, чтобы стекло не треснуло, надо нанести на него очень тонкую плёнку жидкого металла. Эту трудную задачу разрешили. На гладком листе мрамора разостлали листок олова и полили его ртутью. Олово растворилось во ртути. Этот раствор назвали амальгамой. На неё положили лист стекла, и серебристая блестящая плёнка амальгамы толщиной с папиросную бумагу плотно пристала к стеклу. Так было сделано первое настоящее зеркало.
Стёкла в то время стоили очень дорого. Чтобы купить зеркало небольшого размера, например, во Франции графиня дё Фиеск продала имение. Поэтому венецианцы очень строго охраняли секрет изготовления зеркала. Но в 17 веке французский министр Кольбер при Людовике ХIV смог подкупить трёх мастеров с Мурано и тайно переправить их во Францию. Французы оказались способными учениками и вскоре превзошли своих учителей. В Версале даже построили галерею длиной 73 метра из зеркал больших размеров, что производило ошеломляющее впечатление на гостей французского короля.
2. Плоское зеркало. Применение плоских зеркал.
Плоские зеркала используются в повседневной жизни.
Из жизненного опыта мы хорошо знаем, что наши зрительные впечатления часто оказываются ошибочными. Иногда даже трудно бывает отличить кажущееся световое явление от действительного. Примером обманчивого зрительного впечатления служит кажущееся зрительное изображение предметов за плоской зеркальной поверхностью.
Мы смотримся в зеркала каждый день, но не задумываемся о том, сколько интересных открытий может подарить нам "зазеркалье"!
В нем, как известно, всё наоборот, но без него мы бы могли никогда не увидеть себя!
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".
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".
А какие открытия делаются с помощью зеркал!
Прочитать рукописи великого ученого, художника и изобретателя средневековья Леонардо да Винчи ученым помогло обыкновенное зеркало. Из одних источников Леонардо был левшой и поэтому писал справа налево, из других , что это был хитрый способ шифрования рукописей.
Английский математик и писатель Льюис Кэролл очень любил посылать ученикам зашифрованные письма, которые можно было расшифровать, только посмотрев на них через зеркало.
Только лишь в названиях литературных произведений вы можете встретить достаточно упоминаний о зеркалах: "Алиса в зазеркалье" Кэролла, "Королевство кривых зеркал" Губарева, "Фальшивые зеркала" Лукьяненко, "Черное зеркало" Мамлеева.
Вспомните себя в детстве, когда, как в сказке, нестерпимо хотелось оказаться внутри таинственного зеркала. А для некоторых литературных персонажей, этот предмет стал каналом в иной мир. Алиса из "Алиса в Зазеркалье" и Оля из "Королевства кривых зеркал" попали через зеркало в страну «Зазеркалье».
Зеркала можно увидеть и на памятниках.
На сиракузском памятнике Архимеду великий ученый держал в руках зеркало, ведь по преданию он поджигал зеркалами корабли неприятеля, угрожавшие Сиракузам.
В немецком городе Кнейтлингене установлен памятник уроженцу этого города Тилю Уленшпигелю, жившему в первой половине 14 века. Уленшпигель держит в руках сову и зеркало, ведь его фамилия состоит именно из этих слов.
Много раз зеркала выручали изобретателей!
В одном из первых телевизоров кинескоп был такой длинный, что его приходилось ставить вертикально. Смотреть такой телевизор было очень неудобно, но конструкторы нашли выход из этого положения и встроили зеркало, подобно крышке радиолы.
В Австрии изобрели пластиковое зеркало, верхняя часть которого — плоская, а нижняя — с кривизной, которую можно по желанию изменять (пластик гибкий). Его применяют врачи-диетологи, чтобы дать пациентам наглядное представление об их фигуре после диеты.
Даже биологи применяют зеркала для своих научных целей!
Интересно, что фламинго начинают сооружать гнезда и выводить птенцов, только если число птиц в колонии больше пятидесяти. В Ростовском зоопарке содержится меньшее число фламинго, тем не менее его сотрудники добиваются разведения этих птиц в неволе. И в этом им помогает зеркало, т. к. стена вольера с фламинго сделана зеркальной.
Мы даже не замечаем, что постоянна используем плоские зеркала в обиходе начиная от маленьких зеркал на точилках и заканчивая большими трюмо.
Благодаря отражению светового луча от плоского зеркала можно осуществлять световую сигнализацию. Приемник излучения улавливает отраженный луч. Если этого не происходит (что-то помешало ходу светового луча), то срабатывает тревога.
Прямые зеркала используются в перископах подводных лодок. Это позволяет наблюдать из под воды за тем, что происходит на поверхности.
Многократные отражения света параллельными зеркалами используется в интерферометрах Фабри-Перо, где зеркалами служат параллельные кварцевые пластины с нанесенными на них металлическими или многослойными диэлектрическими отражающими покрытиями.
2.1. Лабиринты из зеркал
Впервые показал интересные особенности зеркал Леонардо да Винчи. В его записях известен рисунок под названием "зеркала" и описание к нему: " . если взять 8 плоских зеркал (каждое 1,2 х 1,8 м) и поставить их в круг, чтобы они образовали восьмиугольник, то человек, помещенный вовнутрь, может увидеть бесконечное число своих отражений".
Такой зеркальный кабинет был выполнен только в 1981 году, как "гвоздь программы" выставки лабиринтов.
2.2. Комната смеха
— в английском языке "дом зеркал" или "зал зеркал" — традиционный аттракцион в парках развлечений многих стран мира. Основной идеей комнаты смеха является головоломка типа "лабиринт". Стены лабиринта выполняются из оптически отражающего материала, чаще всего из стеклянных зеркал.
Иногда каждое зеркало может быть деформировано путем искривления его поверхности или придания выпуклой или вогнутой формы, чтобы передать участвующим необычное и сбивающее с толку отражение самих себя.
Комната смеха обязана своим происхождением зеркальному залу в Версальском дворце.
2.3. Зеркальная галерея
Версальский дворец был построен Людовиком XIII в качестве дворца для охоты. "Король-солнце" Людовик XIV, считая, что проживание в Лувре для него опасно, расширил дворец и использовал его как свою постоянную резиденцию.
Весь фасад дворца со стороны сада занимает большая Зеркальная галерея, которая своими картинами, зеркалами и колоннами производит потрясающее впечатление. Когда работы были закончены, в зеркальной галереи были установлены 306 зеркал. Гуляя по галерее (73 шага туда, 73 шага обратно), Людовик XIV утверждал величие Франции, ведь триста шесть огромных зеркальных полотен, отделанных лепниной, резьбой и позолотой, были по тем временам неслыханной роскошью.
При дворе французского короля даже в бальные платья придворных дам вшивали маленькие кусочки зеркал. Танцующих освещали свечами, и весь зал наполнялся множеством световых зайчиков. Они бегали по потолку, прыгали по стенам, мелькали на лицах гостей. Это было красивое зрелище.
2.4. Дворец иллюзий и Дворец миражей
В 1900 году на Всемирной парижской выставке большим успехом пользовались Дворец иллюзий и Дворец миражей. Во Дворце Иллюзий каждая стена большого шестиугольного зала представляла собой огромное полированное зеркало, обрамленное разнообразными колоннами, украшениями и статуями. Благодаря перекрестному отражению зрителю казалось, что он стоит в центре множества одинаковых зал, расходящихся во все стороны. Внутри этого зала человек видел себя затерянным среди 468 своих двойников.
А во Дворце Миражей, в таком же зеркальном зале в каждом углу была изображена картина. Части зеркала с изображениями «перелистывались» при помощи скрытых механизмов. Во всех углах зала были установлены вращающиеся барабаны-колонны; стоит только их повернуть, и весь вид сразу, точно по мановению волшебной палочки, совершенно менялся. Зритель оказывался то в необыкновенном тропическом лесу, то среди бесконечных залов арабского стиля, то в огромном индийском храме.
Как известно, многие фокусники-иллюзионисты используют в своих выступлениях "исчезающий эффект", который невозможно выполнить без зеркал. «Хитрости» столетней давности в наше время взял себе на вооружение знаменитый фокусник Дэвид Копперфильд. Его известнейший трюк с исчезающим вагоном целиком обязан Дворцу Миражей.
И, наконец, известная всем с детства детская игрушка — калейдоскоп, потряхивая и вращая которую, мы замирали от восторга перед открывающимися нашим глазам чудесными картинками.
Калейдоскоп — это оптический прибор — трубка с зеркальными пластинками и цветными стеклышками, при поворачивании складывающимися в разнообразные узоры.
В продолговатый (обычно картонный) цилиндр вставляются три одинаковые длинные зеркальные полоски, расположенных вкруговую под углом в 60 градусов. Между зеркалами высыпаны цветные осколки-стекляшки. Торцы цилиндра закрыты круглыми стеклами: с одной стороны- прозрачным, с другой — матовым. Сверху прозрачного стекла делается непрозрачная накладка с маленьким отверстием по середине, через которое и нужно смотреть в калейдоскоп.
2.6. Сигнальное зеркало.
Сигнальное зеркало или иначе гелиограф ( "пишущий солнцем") — это оптический прибор для обнаружения спасательного средства, способного отражать солнечный луч.
Инженеры подсчитали, что яркость светового сигнального зайчика при угле стояния солнца в 90° составляет без малого 7 000 000 свечей! Вспышку солнечного «зайчика» можно обнаружить гораздо раньше, чем любой другой сигнал, подаваемый с поверхности земли в дневное время при солнечной погоде. Вспышка сигнального зеркала в безоблачный, солнечный день обнаруживается с самолета, летящего на высоте 1 — 2 км, на расстоянии в 20 — 25 км, а в некоторых случаях — до 40 км!
В Центральной Арктике весной 1928 года потерпел катастрофу дирижабль "Италия". Именно солнечный "зайчик" сигнального зеркала, изготовленного механиком дирижабля из деревянной дощечки, оклеенной станиолем из-под плитки шоколада, оказался единственным сигналом, который заметил командир итальянского спасательного самолета.
Существует много типов сигнальных зеркал. Они могут обеспечивать точность подачи светового сигнала на расстояние свыше 30 км.
Самое простое сигнальное зеркало можно изготовить из отполированной с двух сторон до зеркального блеска металлической пластины размером с книгу. Чем лучше отполирована поверхность зеркала, тем дальше виден световой сигнал. В центре пластины пробейте круглое, диаметром 57 мм, отверстие. Взяв зеркало, через отверстие наблюдайте за объектом слежения. Не теряя его из виду, поворачивайте зеркало к солнцу.
Найдите проходящий через отверстие солнечный луч на своем лице или одежде. Зеркальное отражение блика на обратной поверхности зеркала совмещайте с отверстием. При совпадении отверстия с отраженным бликом световой сигнал направлен на объект.
Двойное сигнальное зеркало состоит из двух соединенных друг с другом с помощью небольших петель зеркальной и матовой створок. Чаще всего размер малого сигнального зеркала составляет 5 х 8 см. При этом дальность обнаружения его сигнала может достигать 14 км. При размерах зеркала 12,5 х 8 см его сигнал может быть замечен на расстоянии до 30 км. Матовую створку двойного сигнального зеркала можно изготовить самому из фанеры, пластмассы и даже картона. Вместо петель можно "сшить" створки с помощью нити.
Чтобы подать сигнал, раскройте створки под углом 60 — 70° и через отверстие в центре зеркала следите за целью. Блик на зеркале от солнечного пятно, упавшего на матовую створку, совместите с отверстием. Следите за движущейся целью, непрерывно совмещая пятно с отверстием.
Обычное зеркало без отверстия, тоже можно применять для подачи сигнала бедствия. Для этого надо, удерживая зеркало одной рукой близко от лица или даже прижимая задней стенкой к щеке, повернуть его таким образом, чтобы "зайчик" был направлен в нужную сторону. Затем вытянуть другую руку в направлении объекта слежения и "посадить" его на кончик отведенного большого пальца. Поворачивая плоскость зеркала, добиться, чтобы "зайчик" попал на большой палец. Продолжая удерживать большой палец на объекте и одновременно в луче "зайчика", поворачиваться в направлении движения объекта.
Самодельное сигнальное зеркало можно сделать из жести, металлической фольги, обертки от шоколада и конфет, нескольких обычных карманных зеркал и т.д.
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.
Перископ ( "смотрю вокруг") – это вытянутая оптическая система 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.
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. 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.
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.
2.8. Зеркало – тайное оружие разведчика.
В 15 веке Леонардо да Винчи создал систему шифров, основанную на отражении: депеши писались и шифровались при помощи зеркала, без зеркального отражения текст попросту не читался. Да и в своих научных записях в целях сокрытия описания своих изобретений Леонардо да Винчи использовал "зеркальное" письмо.
Древние дальневосточные чжурчжени (10-13 век) использовали зеркало не только по назначению, но и как пароль для своих. Чжурчженьский разведчик брал с собой кусочек расколотого бронзового зеркала. Для того, чтобы подтвердить свою личность, достаточно было приложить к контрольному зеркалу свой "осколок" и показать, что линии разлома сходятся.
Именно с зеркалом связана первая в мире история промышленного шпионажа. Людовик XIV украл у венецианцев секрет изготовления зеркал, чтобы не тратить на их закупку огромные деньги.
" . французскому послу в Венеции было дано поручение: подкупить двух-трех зеркальных мастеров и переправить их во Францию. В темную осеннюю ночь от острова Мурано в Италии тихо отплыла лодка: несколько муранских мастеров бежали во Францию. Там их спрятали так хорошо, что венецианские шпионы не сумели напасть на их след. Муранские беглецы выдали все свои секреты французским мастерам.
И через несколько лет в глубине дремучих лесов Нормандии открылся французский завод зеркального стекла. " Именно после этого в Версале была построена знаменитая зеркальная галерея.
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 не читаемы.
Детская игра в «солнечные зайчики» почти повсеместно использовалась всеми сражающимися сторонами во время знаменитой Тридцатилетней войны. Сложно прицелиться, когда вам слепят глаза тысячи зеркал.
Часть света, падающего на стекло из ярко освещенной комнаты, отражается передней и задней поверхностями стекла. Если с другой стороны стекла достаточно темно, то преступник видит только отраженный свет, и стекло кажется ему зеркальным (Слабое изображение наблюдающего теряется на фоне мощного светового потока, отраженного стеклом.). К наблюдающему же сквозь стекло приходит достаточное количество света, и он отчетливо видит преступника. Зеркальный эффект еще более усиливается, если стекло покрыто тонким слоем металла. Благодаря этому увеличивается количество света, отраженного к преступнику, но вместе с тем количество проходящего света оказывается достаточным для наблюдения.
2.9. Зеркало художника.
Перед вами оригинальное зеркало художника Клода Gellee (1600-1682г.), работавшего под псевдонимом Клод Лоррен. Художник, любивший изображать пейзажи, придумал специальный мольберт, основной частью которого было слегка выпуклое зеркало из темного стекла. Такое зеркало отображало видимую картину в уменьшенном виде и, ограничивая изображение в цвете, позволяло художнику при работе сосредоточиться на формах и перспективе.
3. Сферические зеркала. Применение сферических зеркал.
В жизни вы часто видели своё искаженное отражение на выпуклой поверхности, например, никелированного чайника или кастрюли. Интересно наблюдать за изменением своего отражения в обыкновенной полированной ложке, если поворачивать ее то вогнутой, то выпуклой стороной.
Сферическое зеркало представляет собой часть поверхности шара и может быть вогнутым или выпуклым. Хотя принято считать, что зеркала должны быть стеклянными, на практике сферические зеркала чаще делают металлическими.
В оптических приборах применяются зеркала с различной отражающей поверхностью: плоские, сферические и более сложных форм. Неплоские зеркала подобны линзам, имеющим свойство увеличивать или уменьшать изображение предмета по сравнению с оригиналом.
3.1. Вогнутые зеркала.
В наше время вогнутые зеркала чаще используются для освещения. В карманном электрическом фонарике стоит крошечная лампочка всего в несколько свечей. Если бы она посылала свои лучи во все стороны, то от такого фонарика было бы мало пользы: его свет не проникал бы дальше одного-двух метров. Но за лампочкой поставлено маленькое вогнутое зеркальце. Поэтому луч света от карманного фонаря прорезывает темноту на десять метров вперед. Однако, в фонаре имеется еще и маленькая линза — перед лампочкой. Зеркальце и линза помогают друг другу создавать направленный луч света
Так же устроены и автомобильные фары и прожекторы, рефлектор синей медицинской лампы, корабельный фонарь на верхушке мачты и фонарь маяка. В прожекторе светит мощная дуговая лампа. Но если бы вынули из прожектора вогнутое зеркало, то свет лампы бесцельно разошелся бы во все стороны, она светила бы не на семьдесят километров, а всего на один-два.
Особенно сложно устроен фонарь маяка. В древности самым мощным маяком был Александрийский маяк — последнее из чудес света, связанное с именем Александра Македонского. Согласно легенде, на Александрийском маяке находилось огромное зеркало, при помощи которого можно было видеть корабли, отплывавшие из Греции. Маяк находился в городе Александрия, основанном в 332 году до н.э. в дельте Нила. На подходе к городу на острове Фарос было решено построить маяк. Маяк получился в виде трехэтажной башни высотой 120 метров. На башне находилось множество остроумных технических приспособлений: флюгера, астрономические приборы, часы. На третьем этаже, в круглой, обнесенной колоннами ротонде, горел вечно громадный костер.
Но и большой костер дает не так уж много света. К тому же свет его расходился бы во все стороны и должен был бы быстро терять свою силу. Можно предположить, что огонь костра отражался с помощью большого вогнутого металлического зеркала с линзой. Вогнутое зеркало отбрасывало все лучи в одном направлении, и благодаря этому свет маяка значительно усиливался. Дрова для костра доставлялись наверх по спиральной лестнице, такой пологой и широкой, что по ней на стометровую высоту въезжали повозки, запряженные ослами.
С падением римской империи он перестал светить, обвалилась верхняя башня, а стены нижнего этажа разрушились после землетрясения в 14 веке. Руины древнего маяка были встроены в турецкую крепость и в ней существуют поныне.
Английский ученый Исаак Ньютон использовал вогнутое зеркало в телескопе. И в современных телескопах также используются вогнутые зеркала.
А вот вогнутые антенны радиотелескопов очень большого диаметра состоят из множества отдельных металлических зеркал. Например, антенна телескопа РАТАН-600 состоит из 895 отдельных зеркал, расположенных по окружности. Конструкция этого телескопа позволяет одновременно наблюдать несколько участков неба.
3.2. Выпуклые зеркала.
Такие выпуклые небьющиеся зеркала часто можно увидеть на улицах города и в общественных местах.
Установка дорожных зеркал на дорогах с ограниченной видимостью позволяет обезопасить автотранспорт и людей. Эти зеркала оснащены по контуру светоотражающими элементами и светятся в темноте, отражая свет фар автомашин
Купольные зеркала для помещений представляют собой зеркальную полусферу, с углом обзора, достигающим 360 градусов. При этом зеркало крепится в основном на потолке.
Обзорные зеркала используются как на улицах, так и в помещениях. Так, например, в магазине обзорное показывает персоналу кто и что делает в проходах между стеллажами, а на тяжелом участке автостоянки позволяет автовладельцам выполнять маневры без столкновений.
В ходе исследования выяснил где применяется зеркала:
1. В быту: первые зеркала были созданы, чтобы следить за собственной внешностью. В настоящее время зеркала, особенно большие, широко используются в дизайне интерьера, чтобы создать иллюзию пространства, большого объёма в небольших помещениях. Такая идея возникла во Франции в 17 веке в эпоху правления Людовика ХIV, «короля-солнца».
2 . В качестве рефлекторо в используются параболические зеркала, позволяющие создать пучок параллельных лучей (фары, прожекторы).
Закон отражения и преломления света
Законы отражения и преломления изучает специальный раздел физики, называемый оптика. Термин «оптика» корнями уходит к греческому слову «optike». Это наука, изучающая зрительные восприятия. Отражением лучей восходящего солнца в реке или озере не раз любовался любой человек, даже не задумываясь о том, что это, на первый взгляд, простое физическое явление, используется во многих областях науки и техники.
Суть явления
Суть этих физических процессов состоит в следующем. Имеются две различные среды. Направленный поток света, достигая границы между этими средами, меняет своё направление следующим образом: часть световой энергии возвращается в начальную среду, а другая часть проникает в следующую. Условие, при котором происходит этот процесс, следующее: граница, разделяющая две среды должна быть значительно больше длины волны. Возвращённая часть энергии называется отражением, а прошедшая — преломлением. На рисунке наглядно видно, что луч АО падает, а OD — отражается.
Явление, при котором определённая часть света возвращается в первоначальную среду, называется отражением.
Этот оптический закон объясняет некоторые физические явления и используется во многих направлениях. Так, хорошо известная наука акустика, которая изучает физическую природу звука, объясняет этим законом причину эха. Учёные-акустики с успехом применяют это свойство в гидролокационных установках, а геологи научились изучать сейсмоволны, зная это явление.
Явление характерно не только для видимого человеческому глазу света. Ему подчиняются электромагнитные, ультракороткие (УКВ), высокочастотные радиоволны и даже рентгеновские лучи на малых углах и при помощи специальных зеркал. УКВ и радиоволны высоких частот используются в радиотехнике и радиолокации.
В медицине отражение ультразвука успешно применяется в УЗИ — установках для диагностики.
Наглядно виден из рисунка угол α, который определяет луч, падающий к границе разделения сред, и перпендикуляр, направленный к плоскости в месте проникновения луча. Это и есть угол падения.
Следующий угол γ, образован лучом OD, который отражается от поверхности раздела, и тем же самым перпендикуляром. Он именуется углом отражения.
Любой среде свойственна способность отражать излучение света и поглощать его. Показатель, характеризующий способность отражать лучи, имеет название коэффициент отражения. Он определяет соотношение доли энергии между принесённой путём излучения на поверхность тела энергии и аналогичной унесённой от этой же поверхности. Прямую зависимость этого коэффициента определяет ряд причин, в частности, какой состав излучения, а также угол падения. Идеальным или полным считается отражение от жидкой ртути, которая нанесена на стекло или тоненькой серебряной плёночки.
Законы падения и отражения были известны в Древней Греции. Их вывел и доказал учёный Евклид на основе практических опытов. Эти правила, наглядно иллюстрируемые рисунком, сформулированы следующим образом:
- Падающие и отражающие лучи, и перпендикуляр, направленный к границе разделения сред, в точке падения луча, располагаются в одной плоскости.
- Величина угла падения α равна величине угла отражения γ.
Если записать этот закон в виде формулы, то он будет выглядеть следующим образом: γ = α.
Эти определения являются также следствием принципа Гюйгенса и используются для решения многих задач по оптике.
Закон преломления
Падающая на плоскую границу волна света отражается от границы раздела и преломляется, проходя из одной среды в другую с определённой силой прозрачной среды. Эта характеристика является показателем преломления, который физики называют коэффициентом преломления.
Показатели преломления и величина угла падения взаимосвязаны. Чем больше этот угол падения, тем больше следует ожидать величину угла преломления.
Формула показателя преломления:
Полное внутреннее отражение происходит из-за превышения угла падения критического значения, при котором падающая волна полностью отражается. Известно, что показатель отражения имеет самые большие значения для полированных зеркальных поверхностей.
Практическое применение
Человечество не упустило возможность применения законов преломления и отражения на практике. Различные проявления используются в зеркалах (плоское, вогнутое, выпуклое). Эти явления нашли применения в перископах, фарах автомобилей, в прожекторных установках. Успешно решаются задачи при построении изображений в линзах, микроскопах и других оптических приборах, например, бинокль, фотоаппарат или проектор.
Зеркальное отражение света происходит при падении на абсолютно гладкую и ровную плоскость лучей света под углом. Оптической гладкостью зеркала считаются поверхности с неровностями меньше 1 мкм (длины световой волны). В этом случае закон отражения света считается выполненным.
- плоские,
- сферические вогнутые,
- сферические выпуклые.
В плоском зеркале отражающая поверхность испускает параллельные пучки. В сферических зеркалах эта параллельность нарушена.
Довольно частое применение в технике и быту нашли применение зеркала, отражающая плоскость которых различна. Примером является зеркало со сферическими сегментами. Его полушария отражают свет, при этом параллельность отражённых лучей не выполняется. Зеркала делятся на два типа. Одни имеют вогнутость, вторые — выпуклость. В первом случае лучам свойственно отражаться от внутренней поверхности сферы и собираться в определённой точке. Из-за этого свойства их называют собирающими. Второй случай предполагает отражение лучей от выпуклости, при этом происходит полное их рассеивание в разные стороны.
Законы оптики позволяют решать многие задачи и довольно успешно применяются во многих отраслях.