Калейдоскоп

 

Мабуть кожен у свій час захоплювався калейдоскопом — майже казковою забавкою, перевертаючи яку можна розглядати безліч дивовижних візерунків. Як вони утворюються? Запропонуйте школярам разом змайструвати таку STEM-іграшку і водночас опанувати основи оптики і геометрії.

Що це

Калейдоскоп — це оптичний прилад-іграшка у формі трубки, яка містить усередині світловідбивальні пластини і різнокольорові напівпрозорі намистини. Перевертаючи трубку навколо поздовжньої осі можна спостерігати, як утворюються симетричні візерунки.

Як це працює

Калейдоскоп влаштований досить просто — всередині трубки містяться три світловідбивальні пластини, закрита прозора ємність з намистинами з одного боку і окуляром з протилежного.

У процесі перевертання трубки навколо поздовжньої осі намистини в закритій місткості пересипаються. Поглянувши в окуляр, можна побачити яскраві симетричні візерунки. Як вони утворюються?

Річ у тім, що через окуляр у поле зору спостерігача потрапляє не вся місткість з намистинами, а лише трикутна основа, обмежена світловідбивальними елементами. Завдяки тому, що ці елементи розташовані під однаковим кутом і утворюють трикутну призму, візерунок з «основи» потрапляє на світловідбивальні грані та багаторазово віддзеркалюється під однаковим кутом. Через це спостерігач в окуляр завжди бачить симетричний візерунок, незалежно від того, як саме він повертає цей оптичний прилад.

Як змайструвати калейдоскоп

Різнобарвна тінь

 

Запитайте учнів, якого кольору тінь. Імовірно, їхні відповіді будуть одностайні — темно-сіра або чорна. Запропонуйте разом зробити яскравий експеримент, у ході якого дослідити властивості світла й тіні.

З точки зору фізики, тінь — це частина простору, що є закритою від прямого джерела світла певним непрозорим об’єктом, або ж проекція непрозорого об’єкта на освітлену площину (саме тому тінь може бути різної довжини!). За розсіяного світла тіні не утворюються.

У природі ми можемо спостерігати, зазвичай, сіро-чорні тіні. А за яких умов тіні можуть бути інших кольорів? Світло ж також не лише біле!

Чому таке відбувається

Світло — електромагнітна хвиля видимого спектра, а колір залежить від частоти її коливання.

Якщо ми направляємо джерело світла будь-якого кольору на кульку, у певній частині вона повністю його закриває. Тому утворюється темно-сіра тінь. Якщо ж направити одночасно два чи три різнобарвних джерела світла, то кулька не зможе повністю закрити направлене на неї світло, лише певну частину.

Коли ми поєднуємо світло від кількох різнокольорових ламп, то отримуємо електромагнітні хвилі різної довжини. Там, де кулька повністю закриває світло, утворюється темно-сіра тінь, а там, де світло частково потрапляє при накладанні хвиль різної довжини одна на одну, утворюються барвисті тіні.

Як змайструвати проектор для різнокольорових тіней

Для створення такої «установки» знадобляться: темна кімната, білий фон, певний предмет, який утворюватиме тінь, та ліхтарики трьох кольорів — зеленого, синього і червоного (ці кольори є головними, при поєднанні променів світла цих кольорів утворюється білий, а з нього — всі інші кольори видимого спектра).

Кольорові ліхтарики можна змайструвати власноруч. Для цього можна використати ліхтарики смартфонів та скло відповідного кольору, яке буде своєрідним фільтром.

Джерело