"Перископ"
проект по физике (8 класс) на тему

Городские Мосинские научные чтения школьников

«Шаг в науку»

МБОУ – лицей №4

Секция №3 «Мир технологий и техники»

Проектная работа по физике на тему:

«Устройство перископа»

Ученика 8 класса А

Малофеева Ильи

Научный руководитель: Матвиевский Андрей Александрович, преподаватель физики

Тула 2012

Содержание

Введение………………………………………………………………….2

Цели и задачи работы……………………………………………………3

1. Законы распространения лучей……………………………….….3
2. Плоское зеркало…………………………………………………...4
3. Устройство перископа…………………………………………….4
4. Первые перископы………………………………………………...4
5. Перископ своими руками…………………………………………5
6. Области применения перископов………………………………...6

Выводы…………………………………………………………….10

     Список литературы и интернет-ресурсов………………………..11                                                                                                                        

Введение

        Тему «Перископ» я выбрал потому, что мне всегда было интересно, каким образом осуществляется фокус с трубкой, которая дает возможность видеть «сквозь непрозрачные предметы» (рис. 1).

Рис. 1

Мнимый «рентгеновский аппарат» различает окружающее не только через толстую бумагу, но и через лезвие ножа, непроницаемое даже для настоящих рентгеновских лучей. Оказалось, что секрет фокуса прост. Четыре зеркальца, наклоненных под углом в 45°, отражают лучи несколько раз, ведя их в обход непрозрачного предмета.

Выбранная тема мне представляется актуальной, поскольку    напоминает о том, что физика – «живая» наука, очень тесно связанная с жизнью. Исходя из этого были сформулированы

Цели и задачи работы

Цель данной работы: Собрать действующую модель перископа и оценить возможность ее практического применения.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить принцип работы и устройство перископа.
2. Изучить физические законы, лежащие в основе работы перископа.

3.Познакомиться с возможностями применения перископических систем в различных областях техники.

1. Законы распространения лучей

Оказалось, что законы распространения светового луча в прозрачных средах описываются физикой в разделе «Геометрическая оптика». Законы эти  применяются для создания и расчета всевозможных оптических приборов: очков, микроскопов, фотоаппаратов, перископов и проч.

Во всех этих приборах используется отражение света – физическое явление, при котором свет, падающий из одной среды (например, воздух) на границу раздела с другой средой (например, зеркальной поверхностью), возвращается назад в первую среду.

Когда мы слышим слово «отражение», прежде всего нам вспоминается зеркало. В быту мы чаще всего используем плоские зеркала. С помощью плоского зеркала можно провести простой эксперимент, чтобы установить закон, по которому происходит отражение света.

Наверняка все обращали внимание, что наше отражение в зеркале поднимает левую руку, когда мы перед зеркалом поднимаем правую. Часы, показывающие пятнадцать минут первого, в зеркальном отражении  показывают без пятнадцати двенадцать, а текст на странице в отражении выглядит какой-то абракадаброй.

Причина в том, что при падении света на зеркальную поверхность свет отражается, причем луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения: q1 = q'1. Закон отражения справедлив как для плоских, так и для искривленных поверхностей (рис.2). 
 

При отражении от плоской зеркальной поверхности световых лучей, исходящих от некоторого предмета, возникает мнимое изображение предмета (рис.3).  Предмет и его мнимое изображение располагаются симметрично относительно зеркальной поверхности.  Изображение предмета в плоском зеркале равно по размеру самому предмету.

                                                    2. Плоское зеркало

Это свойство плоских зеркал используют в таком приборе как перископ.

3. Устройство перископа

Перископ (от греч. periskopeo - смотрю вокруг, осматриваю), оптический прибор для наблюдения из укрытий. Многие перископы позволяют измерять горизонтальные и вертикальные углы на местности и определять расстояние до наблюдаемых объектов. Устройство и оптические характеристики перископы обусловлены его назначением, местом установки и глубиной укрытия, из которого ведётся наблюдение. Простейший перископ представляет собой вытянутую оптическую систему для наблюдения, заключенная в длинную трубу, по концам которой под  углом 45о к оси трубы расположены зеркала, дважды преломляющие световой луч под прямым углом и смещающие его. Величина смещения (перископический вынос) определяется расстоянием между зеркалами. Схема простейшего перископа изображена на рис. 7.

Рис. 7

Наиболее распространены призменные перископы (рис. 8), в трубе которых вместо зеркал установлены прямоугольные призмы, а также телескопическая линзовая система и оборачивающая система, с помощью которых можно получать увеличенное прямое изображение. Поле зрения перископов при малом увеличении (до 1,5 раза) составляет около 40о; оно обычно уменьшается с ростом увеличения. Некоторые типы перископов позволяют вести круговой обзор.

Рис. 8

4. Первые перископы

В XIX веке  в Париже на набережной недалеко от  Лувра  прохожим  демонстрировались магические  зеркала,  с помощью которых  можно было  беспрепятственно смотреть  сквозь  толстые  каменные стены (рис. 9). Этот опыт точь-в-точь повторяет фокус, описанный мной в самом начале.

Рис. 9

Это устройство точно так же 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 (рис. 10).

Рис.10

5. Перископ своими руками

Я решил построить простейший перископ своими руками.    Начал я с трубы. Сначала я пытался использовать картонную, прямоугольного сечения. В нижней части одной половинки и в верхней части другой я сделал вырезы. К концам трубы приклеены окуляры, сделанные из плотной, чертежной, бумаги. Два прямоугольных зеркальца куплены в галантерейном магазине.
Зеркала прикрепил клеем к подставкам  чертежной бумаги. После этого подставки вместе с зеркалами через окуляры вложил в трубу и приклеил. 

Однако картонный перископ до защиты проекта не дожил, поэтому пришлось построить более надежную конструкцию, выполненную из пластикового короба для проводки. Может подойти  и пластиковый или жестяной короб для вентиляции. Конструкция будет более надежной, долговечной и эффектной. Поэтому все этапы были повторены  заново.

Перископ готов.  Можно встать за какой-нибудь непрозрачной перегородкой, выставить перископ за ее край, и, посмотрев в окуляр, увидеть «невидимое». 

6. Области применения прибора

    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 (рис. 11).

Рис. 11

    Перископы позволяют вести круговое наблюдение за местностью при минимальных размерах  смотровых отверстий.

Рис. 12

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 (рис. 12).

Отечественные подводные лодки оснащались перископами атаки (ПА), или командирскими, а также зенитными (ПЗ). Командирские перископы служили для определения расстояния до цели, пеленга и своего курсового угла на нее, курсового угла цели и ее скорости.
       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.

Рис. 13. А вот как используют перископы полицейские

Перископическая система зеркал, представленная на рис. 14, используется для визуального досмотра транспортных средств, грузов, труднодоступных и плохо освещенных мест в помещениях. Устройство незаменимо в работе правоохранительных органов, служб безопасности, а также может использоваться в быту.

Рис. 14

В настоящее время также используется перископическая система зеркал для праворульных автомобилей, упрощающая обгон слева (рис. 15). В информационном зеркале системы водитель видит ситуацию на соседней левой полосе, и спереди, на встречном участке.

Рис. 15

     Развитие волоконной оптики привело к созданию других видов перископов, которые позволяют врачам осмотреть человеческое тело изнутри без необходимости выполнения хирургических операций. Такие типы перископы называются эндоскопами и просто незаменимы в медицине для диагностики или эндоскопических операций.
Перископ — один из простейших, но при этом интереснейших оптических приборов. Применяется для смещения линии зрения наблюдателя. Он удобен для «видения» через головы толпы на гонках и соревнованиях, на спортивных играх.

Выводы

Из данной работы я сделал следующие выводы.

1. В результате работы изучено устройство и принцип работы перископа.
2. Изучен закон отражения света от отражающей поверхности
3. Изготовлена действующая модель перископа.
4. Изготовленный прибор может найти практическое применение:

-  на спортивных соревнованиях, стадионах в большой толпе для «видения» над головами;

- изготовленный из труб большого сечения, перископ может быть использован для дополнительного освещения темных бытовых подсобных помещений (подвалы, сараи, кладовые и т. п.) солнечным светом, что не требует дополнительных затрат на электроэнергию.

5. Рассмотрена возможность использования перископических систем в различных областях жизни и деятельности человека.

А для себя я сделал еще несколько «неформальных» выводов. На мой взгляд, физика – потрясающе интересная наука, которая позволяет просто и понятно объяснить невероятные на первый взгляд явления. Знание законов физики может помочь в быту и повседневной жизни, и даже организовать интересный досуг. Я думаю, что теперь изучать физику мне станет намного интереснее.

Список литературы и интернет-ресурсов

1. dic. academic.ru/Научно-технический энциклопедический словарь
2. scilip-military.narod.2/ Солодилов К. Е. Военные оптико-механические приборы
3. zarnici.ru/arsenal-razvedchica/Зарница
4. class-fizika.narod.ru/класс!ная физика для любознательных
5. rifmovnic.ru/Модели и приборы
6. potomu.ru/Перископ
7. www.submarine.narod.ru/Музей подводного флота