Камера обскура как сделать самыми простым способом. Чудо-приборы своими руками: камера обскура и катушка Теслы (фото, видео)

>>Лабораторная работа № 9. Изготовление простейшего оптического устройства

Тема

Цель работы : разобраться в принципе действия камеры-обскуры , изготовить камеру-обскуру и получить с ее помощью изображение светящегося объекта.

Оборудование : картонная коробка, полупрозрачная бумага (пергамент, калька), канцелярская кнопка, клей, ножницы, свеча (одна на класс).

Теоретические сведения

Камера-обскура (или, как ее иногда называют, пинхол-камера) - одно из простейших оптических устройств”.

Схема действия этого устройства найдена в роботах древнегреческого философа Аристотеля (IV в. до н. э.), а также китайского философа Mo Ти (V в. до н. э.). Камеру-обскуру считают предшественницей современного фотоаппарата .

Камера-обскура представляет собой сундучок, в одной из стенок которого имеется небольшое отверстие, а на противоположной стенке - полупрозрачный экран.

Камера-обскура - от лат. camera - комната, obscura - темная. В современных музеях науки камера-обскура представляет собой комнату, куда могут заходить зрители. Пинхол-камера - от англ. pinhole camera - камера с отверстием.

Стенку с отверстием называют передней, так как именно ее поворачивают к рассматриваемому объекту. Стенка с экраном, на котором получается изображение объекта, называется задней.

Действие камеры-обскуры основывается на законе прямолинейного распространения света.

На рис. I вы видите объект AB и его изображение A 1 B 1 , полученное на экране камеры-обскуры К. От каждой точки объекта AB через отверстие О проходит узкий пучок света (чтобы не перегружать рисунок, показаны световые пучки, которые идут только от крайних точек объекта, - А и В).

Каждый из этих пучков создает на экране светлое пятнышко, форма которого совпадает с формой отверстия. Такие пятнышки, накладываясь одно на другое, образуют на экране картину, воссоздающую контуры и детали объекта. Эту картину называют оптическим изображением объекта.

Необходимо указать, что на четкость полученного изображения влияет размер отверстия в передней стенке камеры. Максимальной четкости изображения удается достичь, когда каждая точка изображается опять-таки в виде точки. То есть чем меньшего размера пятнышки получаются на экране, тем более резким будет изображение объекта.

Указания к работе

Подготовка к эксперименту

Прежде чем начать изготовление камеры -обскуры, приготовьте необходимые материалы: картонную коробку (например из-под чая или сока), полупрозрачную бумагу (кальку или пергамент), клей, ножницы, канцелярскую кнопку.

Эксперимент

1. Возьмите картонную коробку и вырежьте в одной из ее стенок небольшое окошко для экрана (рис. 2).

2. Закончите изготовление задней стенки камеры-обскуры, заклеив окошко калькой (рис. 3).

3. На противоположной стенке коробки с помощью канцелярской кнопки сделайте отверстие диаметром приблизительно I мм (рис. 4). Простейшая камера-обскура готова!

4. В затемненном помещении наведите камеру на зажженную свечу и получите изображение пламени на экране.

5. Рассмотрите изображение. Обратите внимание на то, каким является это изображение: прямым или перевернутым, увеличенным или уменьшенным, четким или размытым.

6. Опишите полученное изображение.

Анализ результатов эксперимента

Сделайте вывод, в котором укажите название изготовленного вами оптического устройства, а также то, в чем заключается принцип действия этого устройства, на каком законе оптики этот принцип действия основывается.

Дополнительное задание

1. Исследуйте, как влияет размер отверстия в передней стенке камеры-обскуры на качество изображения.

Для этого:

а) расширьте входное отверстие камеры до 15 мм;
б) подготовьте отдельные листы картона с отверстиями 3 мм, 5 мм и 10 мм;
в) поочередно приставляя к передней стенке камеры листы картона с отверстиями разного диаметра , наблюдайте за четкостью изображения.

Сделайте вывод, проиллюстрировав его пояснительным рисунком.

2. Усовершенствуйте свой прибор так, чтобы экран можно было передвигать, приближая или отдаляя его от отверстия. Для этого воспользуйтесь такой же или большей по размеру коробкой.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации Если в вашей квартире или в квартире ваших знакомых имеется комната с окнами на солнечную сторону, то вы легко можете превратить её в физический прибор, который носит старинное латинское название «камера-обскура» (по-русски это означает «темная комната»). Для этого понадобится закрыть окно щитом, например, из фанеры или каргона, оклеенным темной бумагой, и в нем сделать небольшое отверстие. Закрыв в солнечный день окно и дверь комнаты, чтобы в ней было темно, вы помещаете против отверстия, на некотором от него расстоянии, большой лист бумаги или простыню: это ваш «экран». На нем тотчас же появится уменьшенное изображение всего того, что можно видеть из комнаты, глядя в просверленное отверстие. Дома, деревья, животные, люди появятся на экране в натуральных цветах, но в перевернутом виде: дома - вниз крышей, люди - вниз головой и т. п.

Что доказывает этот опыт? Что свет распространяется по прямым линиям: лучи от верхней части предмета и лучи от нижней его части перекрещиваются в отверстии щита и идут далее так, что первые лучи оказываются внизу, а вторые - вверху. Если бы лучи света были не прямые, а искривлялись или изламывались, получилось бы нечто совсем иное.

Замечательно, что форма отверстия нисколько не влияет на получаемые изображения. Просверлите ли вы круглую дырочку или проделаете квадратное, треугольное, шестиугольное и тому подобные отверстия, изображение получается на экране одинаковое. Случалось ли вам наблюдать на земле под густым деревом овальные светлые кружочки? Это не что иное, как изображения солнца, нарисованные лучами, которые проходят через разнообразные промежутки между листьями. Они кругловатые, потому что солнце круглое, и вытянутые, потому что падают на землю косо. Подставьте лист бумаги под прямым углом к лучам солнца - вы получите на нем совершенно круглые пятна. А во время солнечного затмения, когда темный шар луны надвигается на солнце, заслоняя его и превращая в яркий серп, круглые пятна под деревьями превращаются в маленькие серпы.

Тот аппарат, которым работали фотографы начала века, есть не что иное, как такая же камера-обскура, но только в отверстие её вставлен объектив, чтобы изображение получилось более яркое и отчетливое. В заднюю стенку вставляется в такой камере матовое стекло, на котором и получаются изображения - конечно, вниз головой; фотограф может рассматривать его, только накрыв камеру и себя темной материей, чтобы посторонний свет не мешал глазам.

Некоторое подобие такой фотографической камеры вы можете смастерить сами...

Материалы и принадлежности :

Два листа плотного картона размерами 48х37 см и 30,5х19,5 см, клей, лейкопластырь, измерительная линейка, карандаш, нож.

Изготовление

Начертите на первом листе картона развертку камеры (см. рис.).
Проведите диагонали на квадратном выступе развертки и нарисуйте окружность диаметром 1 см с центром на пересечении диагоналей.
Вырежьте ножом всю развертку и кружок на выступе.
Сделайте надрезы ножом по линиям сгиба, обозначенным пунктиром, до половины толщины картона.
Согните стенки и склейте их при помощи бумажных полосок или ленты лейкопластыря.
Круглое отверстие заклейте плотной черной бумагой.
В открытый конец коробки вставьте подвижный экран, который изготовьте из второго листа картона, предварительно начертив на нем развертку (рис.).
Вырежьте эту развертку и квадрат, изображенный внутри пунктира.
Квадрат заклейте писчей бумагой, а затем смажьте маслом. Получится экран.
Сделав ножом надрезы по пунктирным линиям, согните стенки и склейте их. Получится вторая коробка, которая должна достаточно свободно входить в первую коробку.
В центре кружка проткните черную бумагу сначала нетолстой иглой. Камера-обскура готова.

Работа с камерой

Направьте камеру-обскуру на какие-либо ярко освещенные предметы и получите изображение предметов на экране, вдвигая или выдвигая экран.
Увеличьте размер круглого отверстия в черной бумаге и наблюдайте, как изменяется изображение предметов.
Проследите, как изменяется отчетливость изображения с изменением расстояния до предметов.
Получите изображения движущихся предметов, например, на улице. Получаются ли изображения цветными?
Замените промасленную бумагу обыкновенной чистой и зарисуйте на ней контур изображения любого предмета.
Попытайтесь превратить камеру-обскуру в фотоаппарат.

Законы электростатики, оптики и механики можно изучить с помощью самодельных приборов.

Катушки вставляются одна в другую (вторичная в первичную) и закрепляются на подставке из диэлектрика. Сверху на вторичной катушке установите разрядник. Как правило это тороид, то есть свернутая кольцом трубка. Это может быть алюминиевая гофрированная труба из тех, что используются для вытяжек и продаются в строительных магазинах.

Теперь внимательно посмотрите на катушки, которые вы только что сделали, и запомните, что в рабочем состоянии их ни в коем случае нельзя трогать руками, иначе останетесь без рук и всего, к чему эти руки крепятся. Зато сами искры относительно безопасны, к ним можно прикасаться, стоит лишь учесть, что они довольно горячие.

Помните также, что трансформатор Тесла следует держать подальше от электронных приборов, таких как компьютер и мобильный телефон.

Поскольку напряжения бытовой розетки в 220 вольт мало, нужно повысить напряжение хотя бы до 2-3 кВ (киловольт) с помощью трансформатора. Он подключается к катушкам через конденсатор.

Чтобы от тороида шли молнии большей длины, на некотором расстоянии от катушек нужно установить какой-нибудь штырь. Можно подносить проволоку или отвертку, а то и просто ловить разряды голыми пальцами. Если поднести к тороиду лампочку, то она начнет светиться.

Если вы все же ленитесь или боитесь мастерить такой искрометный прибор, то продаются уже готовые плазменные лампы, тоже в свое время изобретенные Николой Теслой - стеклянные шары, внутри которых находится электрод и разреженный газ.

Оптика: камера обскура

Камера обскура - это предшественница современных фотоаппаратов. Сделать ее намного проще и безопаснее, чем катушку Теслы.

Возможны два варианта. Первый - это превратить в камеру обскуру всю комнату. Желательно, чтобы стены комнаты были свободными и белыми, а окна выходили на солнечную сторону.

Окна комнаты нужно плотно закрыть щитом из фанеры или картона, оклеенного черной бумагой, так чтобы нигде не просачивался свет. В этом щите просверлите крошечное отверстие, размером с глазок. На противоположной стене появится цветное изображение пейзажа, который у вас за окном. Только изображение это будет перевернуто. Если отверстие слишком маленькое, картинка может получиться слишком размытой.

Этот опыт демонстрирует, что свет распространяется по прямым линиям. Лучи, проникающие в маленькое отверстие, перекрещиваются и переворачиваются.

Один фотограф, Абелардо Морелл, даже превратил принцип камеры обскуры в арт-проект. Он ездит по миру, делает из комнат камеры обскуры и фотографирует пейзажи, которые проявляются на стенах.

Маленькую камеру обскуру легко сделать из жестянки или еще лучше - из цилиндрической коробки от чипсов Pringles. С одной стороны иголкой прокалывается аккуратная дырочка, с другой - днище заклеивается тонкой полупрозрачной бумагой. Камера обскура готова.

Но намного интереснее делать с помощью камеры обскуры настоящие фотографии. В спичечном коробке, выкрашенном черной краской, вырежьте небольшое отверстие, заклейте его фольгой и проколите иглой крохотную дырочку не более 0,5 мм в диаметре.

Пропустите через спичечный коробок фотопленку, загерметизировав все щели, чтобы не засветить кадры. "Объектив", то есть дырочку в фольге, нужно чем-нибудь заклеивать ли плотно прикрывать, имитируя затвор.

Механика: паровой двигатель

Принцип работы парового двигателя довольно прост. Правда, такое устройство будет чисто декоративным. Его обычно делают поклонники стим-панка.

Нужно взять жестяную банку. Подойдет банка из-под пива или колы. В каждом из донышек сделайте отверстие. Через отверстия протяните металлическую трубку. Открытые концы трубок - сопла - можно немного сузить.

Поместите конструкцию на подставку и заполните ее водой. Под банкой должно быть достаточно пространства для свечи.

Под банкой зажгите свечу или таблетку сухого горючего. Когда вода закипит, из сопел повалит пар, и конструкция начнет крутиться.

Вместо банки можно использовать куриное яйцо. В нем проколите отверстие диаметром 5 мм и вылейте содержимое. Затем наполните водой и поместите над небольшой свечой.

Вот пример более сложного парового двигателя:

Гидростатика: фонтан Герона

Самый простой способ сделать декоративный фонтан - это купить электрическую помпу для аквариума и подсоединить к ней шланг. Шланг и помпу нужно запустить в широкую вазу или горшок и залить водой. Конец шланга можно замаскировать морской раковиной с просверленным в ней отверстием.

(лат. camera obscūra — «тёмная комната») — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.

В своей первоначальной форме она представляла собой затемнённую комнату с отверстием в одной из стен. Изображения предметов, находящихся вне комнаты, проецировались через отверстие на противоположную стену, и люди, находящиеся в комнате, могли наблюдать эти изображения и переносить их на бумагу. Время изобретения камеры-обскуры неизвестно, но уже в XI веке она использовалась для наблюдения за солнечным затмением и о ней знал Леонардо да Винчи (1452-1519гг.). Приблизительно в XVI веке камера-обскура изготовлялась в виде светонепроницаемого ящика. Итальянский математик и физик Джироламо Кардано (1501-1576гг.) установил в неё линзу, а изображение с помощью зеркала проецировал на матовую стеклянную пластинку. Полученное изображение можно было обвести на бумаге. (Э. Митчел "Фотография" 1988г)

Схема очень проста. Лучи света, проходя сквозь отверстие диаметром приблизительно 0,5-5 мм, создают перевёрнутое изображение на экране.

Ниже под фото он дал объяснение, что и как делал. Использовал бумагу Foma Variant, проявитель Tetenal Dokumol. Выдержки составили от 1 до 3 минут. Но, самое интересное, каким образом он сделал камеру.

Вдохновлённый я побежал в магаз за чипсами Pringles. Но примерив лист бумаги размером 10х15, понял, что маленькая упаковка для таких целей не пойдёт, а с нарезанием большой на мелкие "камеры" заморачиваться не хотелось. Стал думать, что делать дальше. Покопался в кухонном ящике и нашёл подходящую банку из под кофе. Примерив лист фотобумаги сделал отверстие шилом на высоте 5см от дна банки. Так как капроновая крышка банки пропускает свет, я проложил светонепроницаемую плёнку, в которую упаковывают фотобумагу. Отверстие заклеил чёрной изолентой. Соответствие фокусного расстояния диаметру отверстия можно посмотреть на pinhole.ru .
Получилось такое чудо инженерной мысли.

В следующий раз подберу более презентабельную банку.

Кстати, фотобумагу и химию можно заказать в Торговом доме Славич на прямую с завода. Минимальная сумма заказа составляет 1 000 рублей. Милые менеджеры примут заказ и вышлют по почте.

Для эксперимента использовал фотобумагу Унибром 160 ПЭ (Берёзка) - полукартон, глянцевая, нормальная. Зарядил в темноте её в банку. Можно это проделать при красном свете.

Первый снимок не получился. Из-за того, что выдержка была мала для таких условий освещения. Съёмка проходила у моих друзей художников в мастерской при свете ламп. 5 минут явно не хватило. Зарядил следующий лист и оставил на всю ночь в комнате.

Снимок, конечно, не показательный, но на сей раз хоть что-то получилось.

Так как бумага негативная, и как следствие, изображение получилось негативным, пришлось совершить несколько манипуляций в графическом редакторе, после сканирования - отобразить изображение и инвертировать.

Оригиналы негативов на бумаге выглядят следующим образом.