Проектные работы школьников

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кзыл-Ярская  средняя общеобразовательная школа»

Бавлинского муниципального района РТ

НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по теме

«Телескоп в домашних условиях»

                                                         Работу выполнили:

                                                      ученик 10 класса  

                                                                                         Инсапов Рузаль                                            

                                                     ученик 11 класса

                                                                                       Инсапов Артур

                                                                           Руководитель:  учитель физики

                                                                                                       Залеева Л.Р.

Бавлы 2019 г

Содержание

Введение……………………………………………………………….....3 Глава 1. История телескопа……………………………………………………5

Глава 2. Устройство телескопа……………………………………………….10

Глава 3. Виды телескопа……………………………………………………....15

Глава 4. Изготовление телескопа…………………………………………… 18

Заключение……………………………………………………………... 20

Источники и литература, интернет -ресурсы………………………………….22

Введение

Часто, глядя в небо, я задумывался  над тем, как же могли еще в старину, глядя на  небо, делать открытия, находить новые планеты, определять траектории движения планет, одним словом, «разгадывать» тайны Вселенной. Ведь далеко не все можно увидеть невооруженным глазом. Заинтересовавшись этой проблемой, я выяснил, что первым астрономическим прибором был телескоп. За прошедшие века он совершенствовался и изменялся. Какие невероятные открытия за этим последовали! Но с годами телескоп не утратил своей значимости. Именно поэтому мне захотелось узнать, каким же был первый телескоп, кто был его первооткрывателем и какими возможностями обладает современный телескоп.

Завоевать космос – это не означает только там побывать, это означает познать его. Наблюдение за небом и является одним из способов этого познания.   Незаменимыми помощниками в этом являются телескопы.  Благодаря  им астрономы  смогли открыть миллиарды новых звезд и новых галактик.

Телеско́п (от др.-греч. . “теле” - “вдаль”, “далеко” и “скопео” - “смотрю”)  — прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил.

Какими бы ни были конструкции телескопов, у них есть общие черты. Назначение всех телескопов заключатся в увеличении угла зрения, под которым видны небесные тела. Телескоп собирает во много раз больше света, приходящего от небесного светила, чем глаз человека. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать не видимые невооруженным глазом детали поверхности ближайших в Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. 

Актуальность: созданный около четырехсот лет назад, телескоп является своеобразным символом современной науки, воплощая в себе извечное стремление человечества к познанию.

Объект исследования: различные виды телескопов.

Цель моего исследования: рассмотреть историю создания телескопа, создать домашний телескоп.

Из цели исследования вытекают конкретные задачи данной работы:

1. рассмотреть историю создания телескопа;
2. рассмотреть устройство и принцип работы телескопа;
3. рассмотреть виды телескопов;
4. найти фокусное расстояние собирающей линзы;
5. сделать телескоп-рефрактор;
6. продемонстрировать работу телескопа.

Гипотеза – телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной.
    Научная новизна  работы заключается в значимости телескопов на современном  этапе развития науки и техники ,в истории космических  достижений.
       Практическая значимость: материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, истории, географии, во внеклассной работе. Сегодня телескоп все чаще можно встретить не в научной обсерватории, а в обычной городской квартире, где живет обычный астроном-любитель, который ясными звездными ночами отправляется приобщаться к захватывающим красотам космоса. 

Глава 1. История телескопа 

Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю.

 Роджер Бекон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой удаленные предметы на расстоянии кажутся близкими.

Астроном  Томас Диггес  в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала. Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто.

Но  самые первые чертежи простейшего линзового телескопа (причем как однолинзового, так и двухлинзового) были обнаружены еще в записях Леонардо да Винчи датируемых 1509-м годом. Сохранилась его запись: «Сделал стекла, чтобы смотреть на полную Луну» («Атлантический кодекс»).

Дело сдвинулось с мёртвой точки в начале XVII века . Практически же реализовал идею человек, который даже не был учёным: голландский очковый мастер Иоганн Липперсгей увидел как его дети играли линзами. Наложив их одну на другую, они смогли хорошо рассмотреть отдалённую башню, вдохновленный идеей детей, сконструировал прибор, который назвал «зрительной трубой». Он даже попытался его запатентовать, но получил отказ: во-первых, устройство посчитали слишком простым, во-вторых, независимо от Липперсгея такое же изобретение сделал его сосед Захарий Янсен – тоже очковый мастер, а также другой голландец – Якоб Метиус, а последний вскоре после Липперсгея подал в Генеральные штаты (голландский парламент) запрос на патент.

Таким образом, первенство изобретения прообраза телескопа (зрительной трубы) доказать трудно.

И все-таки годом изобретения  зрительной трубы, считают  1608 год. К концу 1608 года небольшие подзорные трубы стали распространены по всей Франции и Италии. Поначалу  зрительная труба оставалась «игрушкой  для взрослых».

Весной 1609 г. профессор математики университета итальянского города Падуи узнал о том, что один голландец изобрёл удивительную трубу.  Взяв кусок свинцовой трубы, профессор вставил в неё с двух концов два очковых стекла: одно - плосковыпуклое, а другое - плосковогнутое. “Прислонив мой глаз к плосковогнутой линзе, я увидел предметы большими и близкими, так как они казались находящимися на одной трети расстояния по сравнению с наблюдением невооружённым глазом”, - писал Галилео Галилей. Профессор решил показать свой инструмент друзьям в Венеции. “Многие знатные люди и сенаторы поднимались на самые высокие колокольни церквей Венеции, чтобы увидеть паруса приближающихся кораблей, которые находились при этом так далеко, что им требовалось два часа полного хода, чтобы их заметили глазом без моей зрительной трубы”, - сообщал он.

Вдохновленный открытием Галлей  в августе 1609 года изготовил первый в мире полноценный телескоп.

Телескоп имел скромные размеры (длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25 диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное увеличение . Он увидел то, что ранее было невозможно. Луна, испещренная горами и долинами, оказалась миром, сходным хотя бы по рельефу с Землей. Юпитер, предстал перед глазами изумленного Галилея крошечным диском, вокруг которого вращались четыре необычные звездочки – его спутники. При наблюдении в телескоп планета Венера оказалась похожа на маленькую Луну. В темные ночи, когда небо было чистым, в поле зрения галилейского телескопа было видно множество звезд, недоступных невооруженному глазу.

Насколько велик был в то время интерес к астрономии, видно из того, что только в Италии  Галилей сразу получил заказ на сто инструментов своей системы. Одним из первых оценил открытия Галилея другой выдающийся астроном того времени Иоганн Кеплер. В 1610 году Кеплер придумал принципиально новую конструкцию зрительной трубы, состоявшую из двух двояковыпуклых линз.

  Сам Кеплер не мог собрать телескоп — для этого у него не было ни средств, ни квалифицированных помощников. Однако в 1613 году по схеме Кеплера построил свой телескоп другой астроном — Шейнер, оппонент Галлилея в его горячих спорах.

В середине XVII века «телескопическая лихорадка» захватила всех. В городах линзы шлифовали в домах ремесленников и купцов, дворян и вельмож. Изготовление телескопов стало модным. А наблюдение неба – просто необходимым занятием каждого более или менее образованного человек.

Очень плохое качество изображения в первых телескопах заставило оптиков искать пути решения этой проблемы. Оказалось, что увеличение фокусного расстояния объектива значительно улучшает качество изображения.

Телескоп Гевелия имел длину 50 м и подвешивался системой канатов на столбе.

К 1656 году Христиан Гюйгенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты.

 Христиан Гюйгенс, наблюдая в 64-метровый воздушный телескоп, открыл кольцо Сатурна и его спутник – Титан, а также заметил полосы на диске Юпитера. Рекорд принадлежит, видимо, астроному Озу, которому удалось в 1664 году соорудить телескоп с увеличением в 600 раз. При этом длина трубки была 98 метров. При этом он не имел трубы, объектив располагался на столбе на расстоянии почти 100 метров от окуляра, который наблюдатель держал в руках (так называемый воздушный телескоп). Наблюдать с таким телескопом было очень неудобно. Озу не сделал ни одного открытия. Легко догадаться о затруднениях, которые пришлось претерпеть Озу, ведя наблюдения с помощью такого неуклюжего приспособления.

 Первый телескоп-рефлектор был построен Исааком Ньютоном в 1668 году. Схема по которой он был построен получила название « схема Ньютона.

Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света . А Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см.

18 век вполне мог считаться веком рефлектора, если бы не открытие английских оптиков: волшебная комбинация двух линз из крона и флинта. 
Двухзеркальная система в телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми «современными» телескопами, изобретенными в конце 19 века. Кстати, космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. 

 К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. 
К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера .

В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях.

Вывод : история телескопа прошла долгий путь - от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.  

Глава 2. Устройство телескопа

    Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения искусственных спутников Земли), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи.
  Первая задача телескопа- создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами.
  Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением   телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра.                                                                                                                   И так, что же представляет собой телескоп?

     Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. Главным параметром «мощности» телескопа является линза.

   Простейшей оптической системой является линза, которая представляет собой тело, изготовленное из однородного прозрачного для света вещества и ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если расстояние между ограничивающими линзу поверхностями в центре линзы d намного меньше радиусов их кривизны , то линза называется тонкой (на рис. 1).

На рис. 1 изображены часто применяемые на практике двояковыпуклая (а) и двояковогнутая (б) линзы.

     Линия, соединяющая центры О1 и О2 ограничивающих линзу сферических поверхностей, называется главной оптической осью. Лучи, параллельные оптической оси, после прохождения через двояковыпуклую (собирающую) линзу сходятся в точке М на этой оси (рис. 2, а) (линза имеет два главных фокуса). Эта точка называется главным фокусом собирающей линзы. При прохождении через двояковогнутую (рассеивающую) линзу параллельные лучи расходятся. Точка М1 на главной оптической оси, где пересекаются продолжения этих расходящихся лучей, называется главным фокусом рассеивающей линзы (рис. 2, б) (этот фокус называют также мнимым).

Расстояние от оптического центра линзы О до главного фокуса называется фокусным расстоянием линзы F. Оно зависит от величины радиусов кривизны R1 и R2, ограничивающих ее сферических поверхностей, от величины показателя преломления п и материала линзы относительно окружающей среды. Эта зависимость имеет вид:

[8]

Величина D=±называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях. Диоптрия равна оптической силе линзы с фокусным расстоянием в один метр. Оптическая сила собирающей линзы положительна, а рассеивающей - отрицательна.

Рис.3

   Основным свойством линзы является ее способность давать изображения предметов. Собирающая линза дает как действительное, так и мнимое изображение, как увеличенное, так и уменьшенное изображение, как прямое, так и обратное изображение. Это зависит от того, где расположен предмет: между линзой и фокусом, либо между фокусом и двойным фокусом, либо за двойным фокусом. Рассеивающая линза всегда дает мнимое и уменьшенное изображение. Расстояние предмета от линзы d и расстояние от линзы до изображения f (рис. 3) связаны с ее фокусным расстоянием F соотношением

     В этой формуле знак (+) соответствует собирающей (рис. 3, а), а знак (-) - рассеивающей (рис. 3, б) линзам. Если собирающая линза дает мнимое изображение, то в формуле (2) надо перед слагаемым, содержащим величину f, ставить знак (-).

Используя формулу (2), можно экспериментально определить фокусное расстояние F. Однако точность такого непосредственного определения фокусного расстояния невелика. Это связано с тем, что при измерении расстояний d и f мы делаем относительно большие ошибки.

Tелескоп принято характеризовать угловым увеличением γ. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдателя.

Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, а в сборе света. Чем больше у него размер линзы или зеркала, тем больше света он собирает.

Вывод: Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр.

Глава 3. Виды телескопов.

Самые распространенные типы оптических устройств – рефракторы и рефлекторы. Первый тип имеет объектив, выполненный из системы линз, а второй – зеркальный объектив. Существует еще и  зеркально-линзовые телескопы, которые сочетают в себе технологию двух предыдущих, сделаны на основе комбинации линз и зеркал. Такие телескопы обычно имеют компактные трубы и относительно легкий вес. 

Рефракторы – это первые телескопы, изобретенные человеком. В таком телескопе за сбор света отвечает двояковыпуклая линза, которая выступает в роли объектива. Ее действие строится на основном свойстве выпуклых линз – преломлении световых лучей и их сборе в фокусе. Отсюда и название - рефракторы (от латинского refract - преломлять).

Достоинства рефракторов:

• Простая конструкция, легкость в эксплуатации, надежность;
• Идеален для исследования планет, Луны, двойных звезд;
• Система без центрального экранирования от диагонального или вторичного зеркала. Отсюда высокая контрастность изображения;
• Отсутствие воздушных потоков в трубе, защита оптики от грязи и пыли;
• Цельная конструкция объектива, не требующая регулировок со стороны астронома.

Недостатки рефракторов:

• Высокая цена;
• Большой вес и габариты;
• Ограниченность в исследовании тусклых и небольших объектов в далеком космосе.

Рефлекторы (зеркальные телескопы)Название зеркальных телескопов – рефлекторов происходит от латинского слова reflectio – отражать. Данный прибор представляет собой телескоп с объективом, в роли которого выступает вогнутое зеркало. Его задача – собирать звездный свет в единой точке. Поместив в данной точке окуляр, можно увидеть изображение.  Достоинства рефлекторов:

• Доступная цена;
• Мобильность и компактность;
• Высокая эффективность при наблюдении тусклых объектов в глубоком космосе: туманностей, галактик, звездных скоплений;
• Максимально яркие и четкие изображения с минимальным искажением.

Недостатки рефлекторов:

• Растяжка вторичного зеркала, центральное экранирование. Отсюда – низкая контрастность изображения;
• Открытая труба без защиты от тепла и пыли. Отсюда – низкое качество изображения;
• Требуется регулярная коллимация и юстировка, которые могут утрачиваться во время использования или перевозки.  

 Для исправления аберрации и построения изображения катадиоптрические телескопы применяют как зеркала, так и линзы. Основные достоинства приборов такого типа касаются минимального веса и короткой трубы при сохранении внушительного диаметра апертуры и фокусного расстояния. Вместе с тем, для данных моделей не характерны растяжки крепления вторичного зеркала, а особая конструкция трубы исключает проникновение внутрь воздуха и пыли.

Достоинства катадиоптрических телескопов:

• Универсальность. Могут использоваться и для наземных, и для космических наблюдений;
• Защита от пыли и тепловых потоков;
• Компактные размеры;
• Доступная цена.

Недостатки катадиоптрических телескопов:

• Сложность конструкции, которая вызывает трудности при установке и самостоятельной юстировке.

Сейчас также используют радиотелескопы и космические телескопы, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма - телескопы . Для исследования космических объектов в радиодиапазоне применяют радиотелескопы. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр — чувствительный радиоприемник, перестраиваемый по частоте, и принимающая аппаратура.

Вывод: По оптической схеме различают три основных типа телескопов: телескоп-рефрактор, телескоп-рефлектор и зеркально-линзовый телескоп.

Глава 4. Изготовление телескопа.

Изучив материал по теме исследования, решили сделать телескоп сами. В качестве объектива использовали    линзу  +4 диоптрии и диаметром 80мм .  Для окуляра  взяли  линзу с фокусным расстоянием 20мм из старого фотоаппарата .

       Трубу телескопа, в которой укрепляется объектив хотели  вначале сделать из пластмассовой трубы для канализация  , но в магазине «Биктера » увидели трубу куда наматывают скатерти  и взяли его. Он ровный, довольно прочный и достаточно длинный.  Главную трубу сделали  сантиметров на десять короче фокусного расстояния объектива. Для окулярной трубки использовали такую же  трубу, но меньшего диаметра. Для надежности линзы закрепили  изолентой.  Объективная линза прочно вошла в нашу трубу.

         Фокусировать изображение необходимо с помощью расстояния от объектива до окуляра. Для этого окулярный узел перемещается в основной трубе. Так как трубы должны быть хорошо прижаты вместе, то необходимое положение будет надежно зафиксировано. Процесс настройки удобно производить на больших ярких телах, например, Луне, также и соседний дом подойдет. При сборке очень важно чтобы  их центры были на одной прямой.

         Для нас очень важным является увеличение которое будет давать наш телескоп. И мы его вычислили .Для этого установили источник света(фонарь на телефоне) , на расстоянии 50-100 см, поставили импровизированный экран(в нашем случае это стена). Передвигая линзу, добились четкого (перевернутого) изображения источника света на экране. Измерили расстояния от линзы до экрана и от линзы до источника света. Теперь расчет. Перемножили  полученные расстояния и разделили на расстояние от экрана до источника света. Полученное число и будет фокусным расстоянием линзы. Таким методом мы вычислили фокусное расстояние окуляра и объектива . Для того, чтобы рассчитать увеличение телескопа необходимо фокусное расстояние объектива разделить на  фокусное расстояние окуляра.

Наш телескоп увеличивает 17 раз.

Для того чтобы наш телескоп выглядел более эстетичным ,мы решили его украсить. Взяли черную и серую блестящую  самоклеящуюся бумагу. В черную  обернули наш телескоп, а из блестящей обрезали звездочки и наклеили .

       Вывод: Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрела луну, созвездия. Но у нашего телескопа есть минусы: малое увеличение, отсутствие устойчивого крепления , но он легкий и недорогой.

Заключение.

Мы, долгое время работали над проектом «Телескоп в домашних условиях». В результате этого проекта мы узнали:

 1. историю и развитие телескопа;

 2.  изготовили телескоп своими руками;

         3. использовала этот прибор для наблюдения за ночным небом.

В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:  

-рассмотрели  историю создания телескопа;

-рассмотрели  устройство и принцип работы телескопа;

-нашли фокусное расстояние собирающей линзы;

-сделал  телескоп-рефрактор;

-продемонстрировали  работу телескопа;

-подтвердили нашу гипотезу: сделанный телескоп - это оптический прибор для наблюдения за ночным небом.

В ходе выполнения работы, мы  пришли к следующим выводам:

• Телескоп- астрономический оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел: звёзд, планет, туманностей, метеоров, комет, искусственных спутников и т. п. Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским астрономом Галилео Галилеем.
• Телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке, снабженной осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель –окуляр.
• По оптической схеме различают три основных типа телескопов: телескоп-рефрактор, телескоп-рефлектор и зеркально-линзовый телескоп.
• В ходе работы, мы  познакомились с простейшими оптическими системами и определила фокусное расстояние собирающей линзы.
• Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрела луну, созвездия. Но у нашего телескопа есть минусы: малое увеличение, отсутствие устойчивого крепления и аберрация, но он легкий и недорогой.

    В настоящее время развитие цивилизации определяется астрономическими исследованиями, так как они позволяют нам прикоснуться к тайнам Вселенной. С помощью телескопа, изготовленного своими руками, нам удалось заглянуть в космические дали и увидеть недоступные небесные объекты.  Изготовление этого прибора позволил нам лучше разобраться с темой по физике: «Линза». Этот прибор мы сможем в дальнейшем использовать на уроках астрономии, географии  надеемся  усовершенствовать наш телескоп, т.е. добиться большего увеличения.

   Источники и литература, интернет-ресурсы

1. Астрономия.10-11 классы/В.М.Чаругин.-М.:Просвещение,2018.-144с.
2. Ожегов С.И., Толковый словарь русского языка. - М.: Российская АН.; Российский фонд культуры, 1996г., 928с.
3. Наумов Д.А., Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль. М.: Наука, 1988г.
4. Физика. 11 класс/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин- М.: Просвещение, 2010г., 400с.
5. Амбарцумян В.А. Загадки Вселенной.- М.: Педагогика, 1987.
6. Всё обо всём. Энциклопедия. – М: Аванта-Плюс, 2000.
7. Гурштейн А.А. Извечные тайны неба.- Просвещение, 1984.
8. https://sites.google.com/site/sdelatteleskop/home/istoria-sozdania-teleskopa-osnovnye-istoriceskie-vehi---izobretenie-teleskopov
9. https://xreferat.com/102/2395-1-ustroiystvo-naznachenie-princip-raboty-tipy-i-istoriya-teleskopa.html
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF
11. https://www.syl.ru/article/182339/new_kak-sdelat-teleskop-svoimi-rukami-kak-sdelat-moschnyiy-kachestvennyiy-teleskop-v-domashnih-usloviyah
12. http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/h13.htm

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Покровско-Урустамакская  средняя общеобразовательная школа»

Бавлинского муниципального района РТ

Проект по теме

«Создание проектора в домашних условиях»

                                                                                   Выполнили: Безенов Алексей ,

Гайнетдинов Рафаэль,

                                                                                                           ученики  11 класса

                                                                              Руководитель:   Залеева Л.Р.,

                                                                                                              учитель физики

2016

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………….  3
2. Прообраз проектора…...…………………………………………………………..3      
3. Виды и принципы работы проекционных аппаратов ...……………………….5    
4. Получения изображения объекта ……………………………………….……….7      
5. Конструирование проектора в домашних условиях……………………………8
6. Заключение………………………………………………………………………...9
7. Список используемой литературы…………………………………………..…...10    

Приложение

Введение

Мы считаем, что многим бы хотелось иметь у себя дома домашний кинотеатр. Но каждый сталкивался с вопросами - Как сделать самому большой экран? Если покупать телевизор, то это стоит дорого, да и даже большой телевизор с диагональю полтора метра не создаст впечатление кинотеатра. Другой вариант - купить проектор. При использовании настоящего проектора дома можно создать настоящий кинозал. На данный момент существует множество фирм по производству проекторов, которые различаются по размеру, цене, мощности, диагонали экрана и принципу работы. Проекторы мобильны, потребляют относительно небольшое количество электроэнергии. Имеют большую, изменяемую диагональ проецируемого изображения. Сейчас на рынке информационных технологий представлены проекторы для профессионального применения, а так же применения обычными пользователями, но, к сожалению, у всех них есть большой недостаток. Это высокая цена. Самый простой и дешевый, на наш взгляд, выход который мы нашли - создать проектор в домашних условиях.

Гипотеза: если создать проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать фотографии и видео в домашних условиях

Цель проекта: Сконструировать проектор в домашних условиях.

Задачи проекта: 

• Познакомиться с устройством и принципом работы проектора.
• Выбрать подходящий для сборки вариант проектора.
• Собрать проектор.
• Протестировать проектор, для оценки качества работы.

Объект исследования – мультимедийный проектор.

Предмет исследования – изображения, полученные с помощью линз

1. Прообраз проектора

Проекционное оборудование имеет не очень длинную историю, но в последнее время индустрия проекторов стремительно развивается и на сегодняшний день на рынке представлен широкий спектр проекционного оборудования на любой вкус. Говоря о проекционном оборудовании, следует отметить, что любая проекционная система состоит из таких частей, как проецируемый объект, линза и источник света. Само слово проектор и проекция произошло от латинского «projicio», которое означает «бросаю вперед». Это словосочетание описывает работу традиционного проектора, который «бросает вперед» или проецирует изображение на экран. Впервые принцип проецирования упомянул в своих трудах Платон, давший удачную аллегорию. Философ представлял человечество, сидящее в пещере спиной к выходу и наблюдающее за всем происходящим в мире на стене пещеры, на которую переносятся все события происходящие в мире.

Первый проектор, ставший прототипом современных моделей, был разработан в XVII веке знаменитым голландским математиком и физиком Христианом Гюйгенсом. «Волшебный фонарь», как назвали изобретение ученого, нужен был Гюйгенсу для проведения опытов и лекций, однако не благодаря науке это устройство стало знаменитым. Аппарат ученого успешно использовался множеством шарлатанов, которые бродили по европейским странам и показывали скелетов и приведений. Эти новоявленные иллюзионисты принесли «волшебному фонарю» Гюйгенса широкую известность. Вполне возможно, что благодаря именно этой известности на аппарат обратили внимание ученые и в XVIII веке он начал применяться в организации лекционных занятий и научных исследованиях. В XIX веке открытия братьев Люмьер и Эдисона открыли человечеству волшебный мир кинематографа, а уже в XX веке устройство Гюйгенса получило название диапроектора. Благодаря этому устройству целые поколения детей смогли наслаждаться просмотром мультиков, когда их родители прокручивали кадры пленок.

Наука не стояла на месте и вскоре одному экспериментатору, имя которого так и осталось неизвестным, пришла в голову мысль заменить традиционные 35-ти миллиметровые пленки пленками большего формата. В первой половине 60-х годов прошлого века был разработан и произведен первый оверхед-проектор, подаренный миру корпорацией 3М. Эти устройства в разное время назывались кодоскопами или графопроекторами. Спустя десятилетия после появления первых моделей оверхед-проекторов многие компании продолжали их производство и даже сейчас подобные устройства часто можно встретить в школах и в других учебных заведениях. На смену оверхед-проекторам пришли модели мультимедийных проекторов. В 1987 году известная американская компания Proxima выпустила модель проектора, в котором вместо традиционной пленки применялась жидкокристаллическая панель. Это устройство можно было подключать к компьютеру или видеомагнитофону, поэтому вскоре проекторы стали часто использоваться для демонстраций фильмов.

Первый полноценный мультимедийный проектор появился в 1995 году, а разработчиком стала все та же компания Proxima. Специалисты компании соединили в одном аппарате LCD-панель и источник света. Первые модели мультимедийных проекторов весили около 9-ти килограмм, а галогенные лампы способны были выдавать световой поток не более 300 люмен. При этом проходя через матрицу, терялась определенная часть светового потока, а на экране была видна пиксельная структура матрицы. Конечно, такие проекторы были далеко не идеальными, поэтому в качестве альтернативы вскоре появилась цифровая технология DLP. Фирма Texas Instruments выпустила DMD кристалл, на основе которого фирма InFocus создала первый DLP проектор. Сотрудники Texas Instruments разработали проекционную систему Digital Light Processing (цифровой обработки света) или сокращенно DLP. Картинка, проецируемая DLP-проекторами, была более высокого качества и однородности, а вес устройств был гораздо меньше проекторов-предшественников. Вначале цветовой фильтр, который «окрашивал» пучок света, имел всего 3 сектора (красный, синий и зеленый), а немного позже к ним был добавлен и белый сектор.

Появление DLP-проекторов стало огромным шагом в развитии проекционного оборудования. Однако разработчики не остановились на достигнутом, и постоянно модернизируют разработанные ранее технологии и внедряют технологические новинки. Вскоре в проекторах стали применяться 3 матрицы, вместо одной большой. Кроме этого на матрицы стали устанавливать микролинзы, позволяющие увеличить уровень световой отдачи. Всего за несколько лет мультимедийные проекторы стали популярными во многих странах по всему миру и сейчас трудно даже представить современный мир без этих полезных и нужных устройств. Проекторы успешно используются для организации представлений, презентаций и демонстраций в учебных заведениях, бизнес организациях, клубах, домашних кинотеатрах, концертных площадках и во многих других местах. Постепенно вес проекторов уменьшается, а их технические характеристики совершенствуются, поэтому вполне вероятно, что в скором времени проектор будет практически в каждой организации и во многих домах.

Мультимедийные проекторы за несколько лет стали популярны во всем мире. Их используют на презентациях и совещаниях, на лекциях и в учебных тренажерах, в домашних кинотеатрах и конференц-залах, на дискотеках и в клубах. Появляется все больше производителей проекторов, а сами проекторы становятся ярче и легче. Они находят применение в различных областях жизни. На работе, и в обучении, и на отдыхе проекторы делают нашу жизнь удобнее, помогают достичь большего.

2. Виды и принципы работы проекционных аппаратов

• Диаскопический проекционный аппарат — изображения создаются при помощи диапроекции, то есть лучей света, проходящих через светопроницаемый носитель с изображением. Это самый распространённый вид проекционных аппаратов. К ним относят такие приборы как: кинопроектор, диапроектор, фотоувеличитель, проекционный фонарь, кодоскоп и др.
• Эпископический проекционный аппарат — создаёт изображения непрозрачных предметов путём эпипроекции, то есть проецирования отраженных лучей света. К ним относятся эпископы, мегаскоп.
• Эпидиаскопический проекционный аппарат — формирует на экране комбинированные изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов.
• Лазерный проектор — выводит изображение с помощью луча лазера.
• Мультимедийный проектор (также используется термин «Цифровой проектор») — с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств:

• На вход устройства подаётся видеосигнал в реальном времени (аналоговый или цифровой). Устройство проецирует изображение на экран. Возможно при этом наличие звукового канала.
• Устройство получает на отдельном или встроенном в устройство носителе или из локальной сети файл или совокупность файлов (слайдшоу) — массив цифровой информации. Декодирует его и проецирует видеоизображение на экран, возможно, воспроизводя при этом и звук. Фактически, является сочетанием в одном устройстве мультимедийного проигрывателя и собственно проектора.  

Мультимедийные проекторы подразделяются на портативные (переносные) и стационарные типы.  Стационарные, сверхмощные проекторы (яркость до 30 000 ANSI) –  технически сложные, сугубо профессиональные приборы для проведения масштабных мероприятий на стадионах, в концертных залах и т.д.  Портативные проекторы подразделяются на несколько типов.

• Инсталляционные 9 - 18 кг
• Портативные 4.5 - 9 кг
• Ультра портативные 2.25 – 4.5 кг
• Микропроекторы менее 2.25 кг

Инсталляционные и портативные проекторы применяются специалистами для стационарной установки.  Такой мультимедийный проектор предназначен в основном для оснащения конференц-залов, презентационных комнат, контрольных центров, аудиторий в образовательных учреждениях и развлекательной сферы – помещений баров, ресторанов. Ультра портативные и микропроекторы предназначены для широкого круга потребителей и являются легко транспортируемыми. Традиционная сфера применения - выездные презентации, семинары, совещания, уроки в школах, домашней монитор для компьютера.

Принцип работы проектора с модуляцией света заключается в том, что поток света падает поочередно на два поглощающих свет растра, между которыми находится масляная плёнка на зеркальной поверхности. Если масляная плёнка не возмущена, свет оказывается, задержан обоими растрами и экран совсем темный. Масляная плёнка помещается вовнутрь электронно-лучевой трубки, которая и сформировывает на ней распределение заряда в согласовании с поступающим видеосигналом. Распределение заряда, вкупе с приложенным к зеркалу потенциалом, порождает возмущение поверхности плёнки. Проходя через этот участок плёнки, световой поток проходит мимо второго растра и попадает на экран в нужную точку.

Преимущество проектора такого типа состоит в практическом отсутствии ограничения на мощность светового потока, потому что сам управляемый элемент не поглощает управляемой части светового потока, а паразитное поглощение просто компенсируется остыванием железного зеркала, на котором находится плёнка. Охлаждать же следует лишь два поглощающих растра и лампу.

3. Получения изображения объекта

Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо - цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора.  Рассмотрим схематично, как получить изображение на экране с помощью собирающей линзы. Потому, что рассеивающие линзы дают только мнимое изображение, следовательно, изображения на экране дают только собирающие линзы.  Для получения изображения на экране нужно расположить предмет между фокусом и двойным фокусом, F < d < 2F. (Приложение 1) Для получения изображения объекта нам необходим сам объект и линза (или объектив, состоящий из нескольких линз, но работающий, как одна), экран, на который будет проецироваться изображение.

В собирающей линзе все лучи, идущие параллельно её главной оптической оси, после линзы собираются в одной точке, лежащей на главное оптической оси линзы. Смысл заключается в следующем: все лучи, попадающие в линзу параллельно ее оптической оси, пройдя через линзу, сходятся в одну точку на оптической оси. Эта точка называется фокусом, а расстояние от центра линзы до этой точки - фокусным расстоянием. Кроме того центральный луч не преломляется линзой.

Рассмотрим схему. Имеем объект O, находящийся за фокусом линзы: F < d < 2F (Приложение 1). Чтобы понять ход лучей, нам достаточно рассмотреть две крайние точки объекта. Из схемы (Приложение 1) видно, что изображение получится действительным, увеличенным, перевернутым, значит, линза на таком расстоянии может работать в качестве объектива. Кроме того, при геометрическом построении достаточно рассмотреть всего по два луча для каждой точки (пунктирные линии): один проходящий через центр линзы, другой - параллельно главной оптической оси. Каждая пара лучей, проходящая от объекта через линзу, пересекаются с другой стороны на расстоянии, большем удвоенного фокусного расстояния линзы. При этом все остальные лучи (сплошные линии), исходящие от объекта, пересекутся там же. В месте пересечения лучей и будет сформировано изображение объекта O'.  Чтобы получить изображение, нужно на этом расстоянии перпендикулярно главной оптической оси поместить экран.

4. Конструирование проектора в домашних условиях

 После изучения  истории развития и принципов работы мультимедийного проектора нами была разработана инструкция по созданию мини- проектора в домашних условиях. Итак, мы определили следующий алгоритм:

1. Для сборки подходящего мультимедийного проектора были выбраны следующие комплектующие: самодельная коробка, мобильный телефон, линза, черная краска, кисточка, молоток, гвозди. (Приложение 2)

2. Коробку выкрасить изнутри в черный цвет, чтобы избежать бликов и максимально увеличить световой поток изображения; (Приложение 2)

3. Вырезать в коробке отверстие нужного размера и поместить в него линзу; 4. Напротив линзы на фокусном расстоянии сделать крепление для мобильного телефона;

5. Укрепить телефон;

6. Включить в телефоне слайд фотографии;

7. Закрыть коробку

Как только все выше перечисленные пункты были выполнены, стало необходимо правильно отрегулировать проектор и телефон, чтобы получить хорошую картинку. На практике это означает настройку яркости и контрастности. Мобильный телефон необходимо настроить на максимально возможную яркость, так чтобы существенно улучшить цветопередачу и контраст. В нашем случае после регулировок яркости и контрастности мы получили яркую картинку, но только при условии полной темноты.

Заключение

В ходе выполнения проекта нами решалась поставленная проблема: создать проектор для просмотра фотографий и видео в домашних условиях. Была выдвинута гипотеза: если создать проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать фотографии и видео в домашних условиях.

Цель проекта: сконструировать проектор в домашних условиях.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:

• Познакомиться с устройством и принципом работы проектора.
• Выбрать подходящий для сборки вариант проектора.
• Собрать проектор.
• Протестировать проектор, для оценки качества работы.

Объект исследования – мультимедийный проектор.

Предмет исследования – изображения, полученные с помощью линз

Проделав данную работу и собрав проектор, мы пришли к выводу, что проектор можно собрать в домашних условиях, если будет иметь место материальная оснащенность. На сборку опытного образца было затрачено 4000 тысяч рублей, что гораздо дешевле заводских аналогов, но полученный проектор не превосходит характеристики заводских аналогов. Качество изображения, получаемого при работе проектора можно считать достаточным для работы в стандартных домашних условиях. Основной проблемой являлось затраченное время на поиск подходящих линз. Так же полученный результат определил, что сконструированный проектор является не конечной стадией, мы собираемся продолжать дальнейшее совершенствование проектора. При работе с проектором выявили главное условие, при котором можно получить четкое изображение  - это полная темнота.

Список использованной литературы

1. Виды проекционных приборов: [Электронный ресурс] // Проектор URL: http://wiki.dns-shop.ru/index.php/Проектор .
2. История появления и развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // FAQ по проекторам и проекционному оборудованию URL: http://finebuy.ru/doc/faq/po_proektoram_i_proekcionnomu_oborudovaniju .
3. История развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // Телевизоры URL: http://obzor.hi-tech.com.ua/развитие-проекторов/ .
4. История создания проектора: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL:https://sites.google.com/site/multimedijnyeproektoryyaborova/multimedia-proektory/istoria-sozdania-proektora.
5. Как выбрать проектор: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL: http://obzor.hi-tech.com.ua .
6. Немое кино / Часть 3: Создание проектора: [Электронный ресурс] // Альманах URL: http://snimifilm.com/statyi/nemoe-kino-chast-3-sozdanie-proektora.
7. Основные характеристики проекторов: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/load/1-1-0-2 .
8. Проектор: [Электронный ресурс] // URL: http://wiki.mvtom.ru/index.php/Проектор .
9. Проекторы: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/index/0-2.
10. Проекционный аппарат 3. LCD -мультимедийный проектор, созданный на базе оверхед-проектора[Электронный ресурс] // URL: http://www.nkj.ru/konkurs/detail.php?ID=17540#.
11. Рулевская А. А Мультимедийные проекторы: [Электронный ресурс] // Презентация URL:  http://www.slideshare.net/RylevskayaA/ss-2774163.
12. Технология видеопроекторов DLP: [Электронный ресурс] // Электронный учебник URL: http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?index=69&layer=1&tutindex=28#1.
13. Характеристики мультимедийного проектора: [Электронный ресурс] // Статьи URL:  http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=192.
14. Что такое проектор?: [Электронный ресурс] // Статьи URL: http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=234 .

Приложение 1

Рис.1

Рис.2

Приложение 2

        Рис.1

      Рис.2

Приложение 2

Рис. 3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Приложение 2

Рис.7

Рис.8

Приложение 2

Рис.9

        Рис.10