Как работает калейдоскоп игрушка

Обновлено: 25.04.2024

5. Исследовательская работа по математике "Что внутри калейдоскопа?" Автор работы Зызда Н.А.; Руководитель проекта Зызда Л.П.

Все знакомы с замечательной игрушкой – калейдоскоп. Переливающиеся узоры завораживают, можно часами сидеть и рассматривать их, ведь бесконечный мир зазеркалья очень интересный и загадочный. Но разобрав игрушку … не ясно, не понятно, как этот манящий мир зазеркалья образуется, от чего зависит правильное изображение в калейдоскопе…ведь мы же находимся не в сказке.

Актуальность исследования: Мир зазеркалья калейдоскопа загадочен тем, что его изображение должно быть “правильным”, но к сожаленью не все знают от чего и как это изображение образуется.

Цель проекта: Выяснить, зависит или нет правильное изображение в калейдоскопе от прямой призмы, которая находится внутри него.

1. Найти и изучить теоретический материал по теме «Зеркальная и поворотная симметрия»;

2. Выяснить, какой принцип заложен в работе калейдоскопа;

3. Исследовать зависимость количества изображений от величины угла между зеркалами;

4. Ознакомиться с устройством калейдоскопа;

5. Собрать информацию о калейдоскопах и различных прямых призмах в них;

Выяснить при каких прямых призмах получается правильное изображение;

Cравнить недостатки и преимущества прямых призм в использовании в калейдоскопе;

6.Изготовить свой калейдоскоп;

7.Обобщить полученную в результате исследования информацию.

Гипотеза: “Правильное изображение” в калейдоскопе зависит, о того какая прямая призма находится внутри него.

Хоть нам и кажется калейдоскоп волшебством, но это не так, потому что в основе бесконечного загадочного мира калейдоскопа лежат законы математики, геометрии и физики: зеркальная и поворотная симметрия; принцип отражения света от плоского зеркала и т.д.

Калейдоскоп (слово произошло от трех греческих слов - красивый, вид, смотрю). Считается, что калейдоскоп изобрел шотландский физик Дэвид Брюстер. В 1816 году он запатентовал свой калейдоскоп.

1. Симметрия (от греческого “symmetria”) - означает одинаковость в расположении частей.

В калейдоскопе совмещаются два вида симметрии: зеркальная и поворотная. Расположив зеркала под определенным углом, можно увидеть отражение, отражение отражения и т.д.

Отражение – это наиболее известная и чаще других встречающаяся в природе разновидность симметрии. Зеркало в точности воспроизводит то, что оно “видит”, но обращает пространственный порядок: например, правая рука Вашего двойника окажется левой т.к. пальцы будут расположены на ней в обратном порядке.

Зеркальная симметрия – это такая симметрия, когда одна фигура зеркально отражает (повторяет) другую т.е.каждая половинка служит зеркальным отражением другой, а разделяющая их плоскость называется плоскостью зеркального отражения (плоскостью симметрии).

На рисунке оранжевый треугольник (фигура А) отражается в зеркале, в результате, получаем фигуру А' - точную копию фигуры А, но, все что было слева, стало на таком же расстоянии от плоскости симметрии (прямая b) справа.

Это самый распространенный вид симметрии — мы видим его повсюду в природе, а также в искусстве, технике и даже в музыке, лингвистике и других науках.

Провел эксперимент, в хоте которого выяснил свойства предметов при зеркальной симметрии: изображение любого предмета в плоском зеркале равно по размерам самому предмету и расположено относительно зеркала симметрично предмету.

Поворотная симметрия – при ней внешний вид узора не изменяется, если его повернуть на некоторый угол вокруг оси. Примером может служить детская игра “вертушка” с поворотной симметрией. Во многих танцах фигуры основаны на вращательных движениях, нередко совершаемых только в одну сторону (т.е. без отражения), например, хороводы. Комбинируя отражение с поворотом, мы получим то, что видно в калейдоскопе.

Все две симметрии необходимы для правильного изображения.

2. Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол.

Именно зеркало обладает гладкой поверхностью, поэтому отражает свет под четким углом. Свет при этом отражается, подчиняясь закону отражения - именно этот принцип и лежит в основе работы калейдоскопа.

Именно зеркала, которые используются в калейдоскопе, и дают мнимое расположенное симметрично относительно зеркала, изображение.

Получается, что именно благодаря зеркальной симметрии и принципу отражения света от плоского зеркала мы видим симметричное изображение в калейдоскопе.

3.Внутри калейдоскоп может стоять от 2-3-х зеркал до 4-х или более. Чтобы понять принцип работы калейдоскопа проведу опыт с зеркалами. Возьмём зеркало и положу перед ним фишку. Видим две фишки: одну в оригинале и одну в отражении "за зеркалом". В зеркале мы видим изображение фишки, находящееся на расстоянии равном расстоянию до зеркала. Возьму теперь два зеркала расположенных под углом 1200 друг к другу и повторим наш эксперимент. Мы видим три фишки: одну в оригинале и две в отражении. Зеркальный угол с раствором 90° покажет то же изображение четыре раза. А два зеркала, угол между которыми составляет 72°, дадут нам пятикратное изображение. Если угол между зеркалами 600, то изображений 6, 30 градусов —12 и т.д. Когда угол становиться меньше, количество предметов увеличивается. т.е.- количество изображений в зеркалах зависит от величины углов между зеркалами. Число изображений равно результату деления 360° на величину угла между зеркалами, то есть 1800, 1200, 900, 720, 600, 45°, 360, 300 и т. д. В зависимости от числа, на которое производится деление, мы видим фишку 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 12 раз. Фишка совершает в зеркале "полный оборот". Таким образом, образует симметричный узор.

Количество изображений и красота рисунка в калейдоскопе как раз и зависит от количества зеркал, которые находиться в призме.

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

«Калейдоскоп для гостиной» - цилиндр, который мог поворачиваться на 360 градусов, на конце его был медный барабан со спицами, за которые его можно было вращать. В барабане располагались стекляшки, и треть из них была заполнена жидкостью. Внутри жидкости плавали воздушные пузырьки, двигавшиеся даже . читать

Какие бывают калейдоскопы?

Знаете ли вы, что есть даже калейдоскоп Теслы? В настоящее время изобретатели продолжают трудиться над созданием все новых и новых конструкций калейдоскопов, хотя, несмотря на применение новых материалов и технологий, всё «новое» – это «хорошо забытое старое» . читать

Когда-то на Руси калейдоскоп называли узорником. «Узорник – это трубка, с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки» - так обозначен калейдоскоп в толковом словаре Даля . читать

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 . читать

Как самому изготовить калейдоскоп?

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! А вот вам еще и cовет «бывалого» физика: Иногда нужно уменьшить . читать

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 . читать

Знаете ли вы?

. немного о калейдоскопе

Сколько изображений одного предмета можно увидеть в калейдоскопе?

В калейдоскопе использовано свойство зеркал, поставленных под углом друг к другу, давать несколько изображений.
Когда угол между зеркалами в калейдоскопе равен 60 градусам, мы видим в нем 6 изображений.
Взяв угол 45 градусов, мы увидим картину из 8 изображений.

Если продолжать сдвигать зеркала, то картина усложнится, причем общее число изображений всегда будет на единицу меньше частного от деления 360 градусов на величину угла между зеркалами.

Так как один из секторов картины образован стеклышками, которые мы непосредственно видим на стекле между зеркалами, то, например, при угле в 30 градусов мы увидим 11 отраженных изображений, а всего будет 12 изображений.

С калейдоскопом мможно получить неограниченное количество никогда не повторяющихся узоров благодаря тому, что в нем много цветных стеклышек, которые при вращении располагаются в бесчисленных сочетаниях.

FISHKINET

Поворачивая вокруг своей оси трубу, и направляя ее на свет, цветное наполнение многократно отражается в зеркалах, создавая тем самым разнообразные симметрические узоры

Калейдоскоп изобрел и первым запатентовал известный шотландский физик — сэр Дэвид Брюстер еще в далеком 1816

Узоры в калейдоскопе практически никогда не повторяются, поэтому каждый его поворот приводит к появлению нового узора

Различное взаимное расположение зеркал позволяет получить разное количество дублированных изображений: например, при угле между соседними зеркалами 45° образуются 8 изображений, 60° – 6, а 90° – 4

Факт: если вы держите в руках калейдоскоп с 20 стёклышками и 10 раз в минуту его поворачиваете, то понадобится 500 миллиардов лет, чтобы просмотреть все возможные узоры

Калейдоскоп невероятно раскрасил однообразную жизнь

Через 2 года он был завезен в Россию и здесь также завоевал невероятную популярность

Баснописец А. Измайлов писал о нём в журнале- «Благонамеренный» за 1818 год: "Смотрю — и что же в моих глазах? В фигурах разных и звездáх Сапфиры, яхонты, топазы, И изумруды и алмазы, И аметисты и жемчу́г, И перламутр – всё вижу вдруг! Лишь сделаю рукой движенье – И новое в глазах явленье!"

Один богач даже заказал калейдоскоп, в котором вместо стекол узоры слагались из драгоценных камней. Стоил этот калейдоскоп баснословных денег.

Виды калейдоскопов:

- классический калейдоскоп с разноцветной засыпкой, которая перемещается при вращении корпуса калейдоскопа вокруг своей продольной оси - гелевые, где в гель внесена засыпка, которая при поворачивании видно как перетекает в новый узор - с вращающимися кольцами, где несколько колец создают разные узоры - талейдоскопы (теледоскопы) с традиционной оптической схемой, не имеющие внутри цветной засыпки; узоры в них создаются благодаря отражению элементов окружающего нас мира

Разновидностью также является афанеидоскоп - туда, вместо стекол, засыпают, камушки, перья, цветы, кусочки ткани и прочее

Еще существовал дебускоп и типоскоп, о которых сегодня известно только специалистам-историкам

Многие считают калейдоскоп не только игрушкой, но и философией души. Так был изобретен чакроскоп и медитоскоп

Калейдоскопы даже применялись в лечении психических заболеваний

Калейдоскопами пользовались музыканты и художники, настраиваясь с помощью его узоров на нужную волну

С появлением фотоаппаратов узоры калейдоскопа фотографировались и применялись в составлении узоров для одежды, обоев, рисунков

Калейдоскоп с цветными перьями

Если ваши будни серы и грустны, возьмите этот чудесный прибор и посмотрите на мир, сквозь его узоры и все непременно станет ярче.

АНТИФИШКИ
Всё о политике в мире

Лет несколько назад глянул в магазине в современный калейдоскоп. "Кетай", естественно. Не, ну ясен пень, что я уже не торт, но это объективно такое убожество! Три кусочка мутной непрозрачной пластмассы. То ли дело наши советские! Правда, они быстро деградировали: заглушки с торцов легко снимались, после чего наполнитель почему-то скуднел.

В детстве у меня был калейдоскоп. Помню, постоянно рассматривал разные узоры. А потом возник узор, который будто переключил режим работы калейдоскопа в более страшный. Узоры стали более угловатыми, резкими, острыми, более агрессивными, пугающими. Каждое движение узоров сильно пугало. Я уже стал бояться смотреть в него. Иногда подходил к нему, брал в руки, держал неподвижно, чтобы во время рассматривания узор был статичным. Так было менее страшно. А потом спустя пару недель снова возник узор, который обратно переключил калейдоскоп в обычный режим. И узоры стали более мягкими, с плавными переходами, радостные. И я снова с удовольствием брал в руки, крутил и смотрел, как появляются новые узоры. Страха больше не было.
Для психолухов. Этот период жизни я летом проводил у бабушки. Каждый день был похож на остальные. Никаких событий не было, которые могли бы как-то влиять на моё настроение. Максимум, бабочка пролетела, или собака залаяла, машина проехала по шоссе неподалёку, солнышко в облака зашло.

В детстве эта штуковина, как правило, надоедала всем в течении минуты-двух а потом просто валялась где-нибудь перекладываемая с места на место ибо выкинуть жалко было.

неправда ваша, и смотрели и стеклышки добавляли, убавляли,меняли. А теперь недавно новый купили, гелиевый, с подсветкой. красота ведь

«Калейдоскоп» этимологически восходит к сразу трем древнегреческим составляющим его словам. Эти слова в переводе звучат как «красивый» плюс «вид» плюс «наблюдаю2. Сложив вместе, получим что-то вроде «красивые виды, которые можно наблюдать». Говоря еще проще и короче - «красивые картинки». Слово «калейдоскоп» мы часто употребляем и в переносном смысле, имея в виду, что жизнь вокруг нас меняется быстро и безвозвратно - как узоры в «волшебной трубе».

В России калейдоскоп в XVIII веке появился благодаря нашему великому ученому Михаилу Васильевичу Ломоносову. Он многие годы изучал различные способы применения стекла. Три изобретенных им калейдоскопа до сих пор хранятся в Эрмитаже. Но его изобретение не было запатентовано, так как в те времена еще не был принят закон о патентах. Поэтому считается, что калейдоскоп изобрел английский физик Дэвид Брюстер, который написал "Трактат о калейдоскопе" и в 1816 году все же запатентовал свое изобретение.

В 1870 году американский ученый Чарльз Буш впервые увидел эту привезенную из Европы игрушку, и вскоре смог ее модернизировать – а точнее изобрел "кабинетный калейдоскоп". Он представлял собой небольшой черный цилиндр с поворотным кольцом на деревянной подставке. Один конец трубки калейдоскопа имеет матовое стекло, тогда как другой (меньший по диаметру) – прозрачное. В трубку между зеркалами помещают разные по размеру и цвету камушки, бисер, перламутр и другие компоненты

Описание игрушки

Камерный калейдоскоп, в котором обычные осколки стекла, бусинок, разноцветных камней перемещаются и создают симметричные узоры при повороте трубки;
гелевый (масляный) калейдоскоп, узоры которого меняются плавно за счет содержащегося в нем жидкого вещества;
колесный калейдоскоп, в котором узоры создаются при вращении прикрепленных к торцу трубки колесиков.
пневматический калейдоскоп. Вместо осколков стекла или бусинок пространство между зеркалами наполняется перышками. Посредством специальной груши с присоединенным к ней шлангом внутрь трубки закачивается воздух, который заставляет перья двигаться.
теледоскопы (или телейдоскопы) вместо мишуры содержат на конце линзу, которая отражает элементы окружающего мира, визуально дробит их и превращает в узорные картинки

Как играть?

Для детей производят небольшие по форме трубки, которые даже самым маленьким детям будет удобно держать в своих ладошках. Направляя калейдоскоп на свет через прозрачное стекло можно увидеть различные красивые узоры, которые сменяют друг друга при вращении трубки. А самое интересное, что узоры почти никогда не повторяются. С научной точки зрения уникальность калейдоскопа заключается в геометрически точно повторенных цветовых композициях, которые при рассматривании одинаково воспринимаются обоими полушариями мозга.

Плюсы и минусы

Игра с калейдоскопом развивает у детей цветовое восприятие, креативное мышление, а также способствует психоэмоциональной устойчивости. Маленький ребенок – это еще развивающаяся система. А калейдоскоп в игровой форме способен заставить мозг эффективно работать, при этом не перегружая его, не вызывая негативных эмоциональных реакций. Именно с такой игрушкой можно провести время с интересом и пофантазировать, разглядывая различные красочные геометрические фигуры и зарядиться позитивным настроением.

Новый век

Сегодня популярны калейдоскопы ручной работы с действительно сказочными узорами. Калейдоскопы коллекционируют, приобретают в качестве подарка. Сейчас же в магазинах можно найти многочисленные вариации калейдоскопов: с гелиевым и твердым наполнителем, игрушка, составляющая насекомых, животных, теледоскопы , в которых есть только продолговатые зеркала и выпуклая линза, а роль кусочков стекла играют окружающие предметы, на которые вы смотрите. Есть даже калейдоскопы с музыкальным сопровождением. Игрушка калейдоскоп небольшая, поэтому ребенок может брать ее с собой куда захочет. Детские калейдоскопы производят разные компании, занимающиеся производством игрушек. В магазине вы можете увидеть детские калейдоскопы от производителей «Magic Home», «MiDeer», «PlayGo», «Dolemikki» и «Играем вместе».

Калейдоскоп событий, калейдоскоп истории, события крутятся как в калейдоскопе. Такие фразы и ассоциации рождает это слово. В детстве мы бы подумали только об одном — игрушке!

Калейдоскоп возник гораздо раньше, чем серьёзный инструмент для исследования небесных светил — телескоп. Хотя природа у них одна и та же. Это оптический прибор в виде трубки, содержащей внутри три продольных, сложенных под углом зеркальных стекла. При поворачивании трубки продольной оси цветные элементы (осколки цветного стекла), находящиеся между зеркалами, отражаются и создают меняющиеся симметричные узоры. Считается, что эту яркую и вроде бы простую, но завораживающую детскую игрушку придумал в 1816 году шотландский физик Сэр Давид Брюстер. Брюстер с самого детства интересовался свойствами стекла и света. В 10 лет он построил свой первый телескоп. Потом были годы учения в Университете Эдинбурга (кстати, Брюстер был вундеркиндом, студентом он стал в 12 лет), изучение оптики и физики света, множество научных открытий. Говорят, что раньше Брюстера изобрели калейдоскопы в России. А сделал это не кто иной, как Ломоносов, но ему не приходило в голову запатентовать «безделицу».

Калейдоскоп Давида Брюстера принёс своему автору славу, но и только. Патент был оформлен слишком поздно, и за это время многие предприимчивые дельцы успели не только по достоинству оценить изобретение, но и перехватить эту новую потрясающую идею. Вскоре в магазинах всей страны появились эти простые по исполнению, но, на тот момент, совершенно оригинальные игрушки. Брызгами цветных осколков стекла, многократно отражённых зеркалами, калейдоскоп ворвался в монотонную жизнь всех обывателей того времени, независимо от возраста, класса и социального положения. Давать калейдоскоп в подарок стало доброй шотландской традицией. Когда известие о чудном европейском изобретении докатилось до Америки, шёл уже 1870 год. Американский ученый Чарльз Буш, к которому попал один из привезённых из Европы калейдоскопов, необычайно заинтересовался новой «игрушкой». На протяжении многих лет он создавал и модернизировал калейдоскопы, пробовал изменять их форму, наклон зеркал, содержимое. Именно Чарльз Буш создал первый «кабинетный калейдоскоп» — трубу из чёрного плотного картона, с бронзовым поворотным колечком на конце, подвижно закреплённую на красивой деревянной подставке. Калейдоскопы используют и в медицине.

Доктор Клиффорд Кун глава Отделения психиатрии и поведенческих наук в университете Кентукки начинал с коллекционирования калейдоскопов, а потом ввёл их в свою практику лечения пациентов. Разглядывание узоров в калейдоскопе, успокаивает нервы, снимает напряжение и стресс. Сейчас в Америке и Европе такой метод лечения уже не является экзотическим. Последний бум калейдоскопов охватил мир в шестидесятые. Тогда в Америке прошёл кассовый фильм «Играющие дети». Одним из культовых предметов-игрушек в фильме был калейдоскоп. С помощью волшебного калейдоскопа герои «преображали» свои серые будни в яркий мир, полный захватывающих приключений. В нашей стране фильм никто не видел. Но в каждом магазине детских игрушек продавались бумажные калейдоскопы. Собственно за ними тогда и закрепился «имидж» типично детской игрушки.

За рубежом производство калейдоскопов превратилось в самостоятельный вид искусства. В 1986 году было создано общество любителей калейдоскопов «Brewster Kaleidoscope Society». В России похожей организации пока нет.

Пожалуй, чаще всего, мы знакомы с калейдоскопом, представляющим из себя пластмассовую или металлическую трубку с ободом на конце, но на самом деле форм и видов калейдоскопов множество, некоторые из них – настоящие произведения искусства. Существует несколько типов калейдоскопов. Собственно классический калейдоскоп: система зеркал, в которой отражаются разноцветные кусочки стекла. Телейдоскоп — вместо пересыпающейся мишуры в телейдоскопе стоит обычная линза, а мозаика состоит из предметов окружающего мира. Существует параскоп, в котором можно наблюдать объёмную картинку. И масляный калейдоскоп, где вместо кусочков стекла — трубка, заполненная маслянистой жидкостью с разнообразными кристалликами. А вот самый большой в мире калейдоскоп построили в Японии в 2005 году во время выставки ЭКСПО. В павильоне в Нагое построили Башню Земли. По стенам этой трёхгранной башни 47 метров в высоту сверху вниз стекала вода, образуя различные узоры, в зависимости от направления солнечных лучей.

Калейдоскоп — это домашний терапевт. Он помогает снять усталость зрительного нерва, что особенно важно в современном мире компьютеров и электроники. А ещё он улучшает тонус при болезни и ускоряет процесс выздоровления, поднимает настроение.

Читайте также: