Светлана Журавлева

Технологическая карта для инженерных каникул. Тема «Точка зрения. Изготовление перископа из современных доступных материалов». 7–9 классы.

Материал опубликован 14 February в группе

Учителя физики

1261

9483

МОУ средняя школа № 43 имени А.С.Пушкина
с углубленным изучением немецкого языка

Командные соревнования «Точка зрения» в рамках инженерных каникул

«Москва-Санкт-Петербург-Ярославль»

Точка зрения (англ. point of view, POV)— жизненная позиция, с которой субъект оценивает происходящие вокруг него события.

Термин произошёл от «точки зрения» — места, где находится наблюдатель и от которого зависит видимая им перспектива.

Различные точки зрения помогают лучше проанализировать явление. Избежать предвзятого суждения. Найти оригинальное решение проблемы.

2024-25 учебный год

Инженерно-техническое задание:

«Изготовление перископа из современных доступных материалов».

Теоретическая часть

Актуальность. Любознательному человеку всегда интересно знать, как что устроено, а сделать самому – вдвойне интересно. Изучение работы перископа актуально потому, что есть неизвестные многим людям области жизни, где можно его использовать.

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

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. изучить физические законы, лежащие в основе работы перископа;

2. изучить принцип работы и устройство перископа;

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

4. научиться работать в команде, распределять задания между участниками, работать с технологической картой

5. научиться анализировать оптические наблюдения

Обоснование выбора: перископы применяются:

для наблюдений из укрытий , то есть для получения информации об объектах, находящихся в недоступных для человека местах;

для дополнительного освещения темных бытовых подсобных помещений (подвалы, сараи, кладовые и т. п.) солнечным светом, что не требует дополнительных затрат на электроэнергию;

для фокусов!

для определения углов и расстояний до наблюдаемых объектов.

1. Теоретическая часть.

Основное понятие геометрической оптики — это световой луч. Светово́й луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится световая энергия.

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.

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.

Плоское зеркало- предмет способный зеркально отражать падающие на него лучи света. В обычном понимании зеркало представляет собой плоское стекло на одну сторону которого нанесено специальное покрытие, содержащее серебро. Основным свойством зеркала является формирование мнимых изображений предметов. Мнимых, потому что этих предметов нет там, где мы их видим.

2. Устройство перископа.

Перископ (от греч. periskopeo - смотрю вокруг, осматриваю), оптический прибор для наблюдения из укрытий.

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 отражающие световой луч. (рис. 6).

Рис. 6

Недостатками применения зеркал в перископах являются их потускнение и отслаивание амальгамы. Поэтому в точных приборах применяются призмы, например, в перископе подводной лодки. Стеклянные призмы не подвержены влиянию погоды, и их не так легко повредить. Более того, призма полностью внутренне отражает свет, в то время как при каждом отражении от зеркала происходит потеря 9% света.

3.Немного истории

Прототип перископа изобрёл в 1430-х годах первый типограф Европы, немецкий изобретатель Иоганн Гуттенберг. Его устройство позволяло паломникам смотреть поверх голов в толпе на религиозном фестивале в Аахене (Германия).

Устройство глаз гиппопотама подсказало идею создания перископов на подводных лодках. Уши и глаза этого животного расположены на самом верху черепа. Так ему удобнее осматривать и "обнюхивать" окрестности. При виде опасных объектов - льва или человека - он мгновенно исчезает.

В 1644 г. французский монах Марен Мерсенн изложил в письменном виде идею применения специального оптического прибора для рассматривания предметов, находящихся на поверхности неподалёку от погружённой в воде субмарины.

Ян Гевелий (польский астроном, конструктор телескопов, градоначальник Гданьска и наследственный пивовар) описал перископ в своей работе «Селенография, или Описание Луны» в 1647 г. Он же впервые предложил использовать это устройство для военных целей.

В 1798 г. французский изобретатель Мартнер представил властям свой проект подводной лодки с идеей перископа. Он предлагал использовать для рассмотрения предметов на поверхности моря длинную трубку, верхний конец которой всегда оставался бы выше уровня воды. Внутри следовало поместить оптический прибор, включающий зеркала и окуляр.

В 1834 г. русский генерал Карл Шильде установил на своей подводной лодке простейший зеркальный перископ. Он состоял из короткой медной трубы, в каждом конце которой находились металлические зеркала, расположенные под углом 45 градусов по отношению к горизонту. Изобретение перископа Шильдером держалось в строгом секрете.

Французский ученый Ипполит Мария-Дэви в 1854 году заново изобрёл зеркальный перископ, состоящий из трубы и двух развернутых под углом 45° зеркал.

В 19 веке в Париже на набережной недалеко от Лувра прохожим демонстрировались магические зеркала, с помощью которых можно было беспрепятственно смотреть сквозь толстые каменные стены. Это устройство состояло из подзорной трубы, разъятой посередине (куда был помещен толстый камень) и содержащей четыре плоских зеркала под углом 45о.

В годы второй мировой войны перископы использовались также и на танках, чтобы обзор для водителя или наводчика сделать более безопасным. На подводных лодках перископы использовались для наблюдения обстановки над поверхностью моря.
В настоящее время также используется перископическая система зеркал для праворульных автомобилей, упрощающая обгон слева. В информационном зеркале системы водитель видит ситуацию на соседней левой полосе, и спереди, на встречном участке.

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 — это 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.

Недостатки перископа.

Несмотря на положительные качества перископа, есть у этого оптического средства есть и недостатки. Как и любое другое оптическое средство наблюдения, он не пригоден к использованию ночью и при плохой видимости.

Кроме того, это средство наблюдения невозможно полностью скрыть. Выдвинутый из-под воды перископ может быть обнаружен зрительно и радиолокационными станциями противника. Этот прибор не позволяет точно определить дистанцию до цели, что снижает вероятность поражения объекта торпедой. И, наконец, дальность обнаружения целей в перископ невелика.

Также головка перископа при движении вызывает на поверхности моря волнообразования, которые позволяют установить присутствие подводной лодки.

Для уменьшения видимости головную часть перископа делают возможно меньшего диаметра, что уменьшает светосилу перископа и требует преодоления значительных оптических затруднений. Обычно узкой устраивают лишь верхнюю часть трубы, постепенно расширяя ее книзу.

Применение перископов

Перископ, прикрепленный к стволу ружья.(Первая мировая война)

Через перископ можно следить за неприятелем, не высовываясь из окопа. Перископы установлены также и на современной танковой технике.

Перископ на подводной лодке. Перископы позволяют вести круговое наблюдение за местностью при минимальных размерах смотровых отверстий

Система наблюдения за окружающими объектами.

Перископическая система зеркал для праворульных автомобилей, упрощающая обгон слева. В информационном зеркале системы водитель видит ситуацию на соседней левой полосе, и спереди, на встречном участке.

Освещение помещений естественным светом.

Световые туннели — отличный способ добавить больше естественного света в ваш дом

операций.

Инженерно-техническое задание

Часть 1

Изготовить перископ, используя технологическую карту и предлагаемый набор материалов и инструментов.

Часть 2

Выполнить исследования особенностей работы изготовленного перископа.

Часть 3

Ответить на вопросы и выполнить задания, которые выданы каждой команде. Это задание можно выполнять одновременно с частью 1 и 2 теми участниками, которые не будут задействованы в заданиях части 1 и 2.

Часть 1.

Изготовление Перископа из современных доступных материалов.

Технологическая карта

Необходимо ознакомиться со всеми пунктами Технологической карты и только потом приступать к выполнению практического задания.

№

П/п

Последовательность

выполнения операций

Примечания. Дополнения. Рисунки.

Перед началом работы необходимо ознакомиться с материалами и инструментами.

Список находится на вашем рабочем столе.

Материалы и инструменты

Зеркало-2 шт

Картон

Коробки-2 шт.

Ножницы

Нож канцелярский

Клей

Самоклеющаяся пленка

Линейка

Угольник с углами по 450

Карандаши, фломастеры, ластик

Двойной скотч

Степлер

Салфетка для протирания зеркал.

Изготовление призмы для крепления зеркала.

Вам необходимо сделать призму, в основании которой находится прямоугольный треугольник.

Размеры сторон треугольника:

а=7 см

в=7 см

с=9,5 см.

Высота призмы 7см.

Необходимо вырезать из картона прямоугольник с заданными размерами.

Сложите из полоски картона треугольник для основания треугольной призмы.

У вас получилась призма для крепления зеркала.

Острые углы треугольника должны быть по 450.

Проверьте углы треугольника с помощью угольника.

Если что-то не получилось, надо сделать еще раз и без ошибок.

Приклейте свободные края друг к другу.

Прикрепите зеркало на наклонную боковую грань, используя клей.

Выполните пункты 1-3 еще раз.

У вас получились две призмы с зеркалами.

Зрительная труба.

Зрительная труба нашего прибора изготавливается из молочных пакетов.

Разметьте на пакете от молока окошко для зеркала размером 70х70 мм. Аккуратно вырежьте окошко.

Отогнутый элемент надо убрать во внутрь и закрепить любым удобным вам способом

Разместите и приклейте призму с зеркалом в зрительную трубу.

выполните пункты 5-6 со второй коробкой.

Соедините две части зрительной трубы согласно схеме.

Соединение частей можете придумать самостоятельно, используя набор представленных материалов или ознакомьтесь с пунктом 9.

Перед соединением двух частей будущего перископа обратите внимание на ориентацию зеркал!!!

Можно соединить коробки, используя дополнительные элементы-вкладыши из картона.

Размер полоски картона приблизительно 70х138 мм. Согните вырезанную полоску пополам и вставьте внутрь коробки.

Сделайте второй такой же вкладыш.

Возможно, размеры придется чуть подогнать, обрезав лишнюю длину.

10.

Вставьте вкладыши в коробки и после того, как убедитесь, что все детали подходят по размеру, приклейте части конструкции друг к другу.

Обратите внимание на ориентацию зеркал!!!

см.схему п.8

11.

Обклейте полученный прибор самоклеющейся пленкой.

12.

Проверьте работу прибора.

Наблюдения напишите в отчет.

Часть 2. Оптические наблюдения

Отчет команды номер _______ Капитан команды_____________

Посмотрите на объекты из «укрытия». Опишите наблюдения.

Расположите перископ параллельно поверхности стола так, чтобы одно из зеркал «смотрело» наверх. Посветите в верхнее зеркало фонариком от мобильного телефона. Где виден свет на столе? Какая форма «солнечного зайчика»?

Что будет, если в перископ посветить лазерной указкой? Нарисуйте ход луча лазера в перископе. Проверьте свой ответ на практике.

Как вы думаете, что вы увидите, если будете смотреть в два зеркала, поставленные под прямым углом друг к другу? Проверьте свой ответ на практике (дополнительные зеркала можно попросить у организаторов).

Часть3

Команда номер_1___ Капитан команды__________________

Решите задания. Чтобы задание было выполнено, достаточно выбрать две задачи из первых четырех и написать ответы, задания 5, 6 выполняются обязательно. Ответы пишите на этом же листе.

№	Задания	Обоснованные ответы
1	Подчиняются ли живые существа закону инерции?
2
3	Почему конькобежцы, разгоняясь, размахивают руками?
4	Почему сосиски при варке обычно лопаются вдоль, а не поперек?
5	В верхней части рисунка помещено 8 фигур. Попробуйте уловить принцип их подбора и, руководствуясь этим принципом, подберите «недостающую» девятую фигуру из тех, которые даны внизу на черном фоне.
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Амперметр, арифмометр, манометр, электрический счетчик, штангенциркуль.

Часть3

Команда номер_2___ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1	Какую роль играет трение в процессе движения живых существ?
2	Почему ели, растущие вдоль дороги, предохраняют дорогу от заносов снега?
3	Почему пловцы, бросаясь в воду, выставляют вперед сложенные вместе руки?
4	Будет ли вес тела разный в полночь и в поддень в полнолуние?
5	В верхней части рисунка помещено 8 фигур. Попробуйте уловить принцип их подбора и, руководствуясь этим принципом, подберите «недостающую» девятую фигуру из тех, которые даны внизу на черном фоне.
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Скрипка, флейта, виолончель, арфа, балалайка.

Часть3

Команда номер_3___ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1	Помешав ложечкой в чашке чая, выньте ее: чаинки на дне, разбежавшиеся к краям, соберутся к середине. Почему?
2	В каких случаях герои известной басни Крылова Лебедь, Рак и Щука действительно не сдвинут воза, если считать, что силы их равны и что трения между возом и землей не существует?
3	Как стала бы двигаться Луна, если бы исчезло тяготение между ней и Землей?
4	Почему по скользкому льду люди ходят маленькими шагами?
5	В верхней части рисунка помещено 8 фигур. Попробуйте уловить принцип их подбора и, руководствуясь этим принципом, подберите «недостающую» девятую фигуру из тех, которые даны внизу на черном фоне.
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. «Песнь о вещем Олеге», «Бесы», «Буря мглою небо кроет», «Выхожу один я на дорогу», « К морю», « Послание в Сибирь», « Утопленник».

Часть3

Команда номер_4___ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1	Объясните, почему человек может бежать по очень тонкому льду и не может стоять на нем не проваливаясь?
2	Почему контактный провод трамвайной линии всегда идет зигзагом, а не параллельно рельсам?
3	Почему проколотый мячик не прыгает?
4	Парашютист, опускаясь, подтягивает передние стропы. Куда он полетит?
5	В верхней части рисунка помещено 8 фигур. Попробуйте уловить принцип их подбора и, руководствуясь этим принципом, подберите «недостающую» девятую фигуру из тех, которые даны внизу на черном фоне.
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Бром, ртуть, вода, спирт, хлор, ацетон.

Часть3

Команда номер_5___ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1	На дне стакана, стоящего на весах, сидит муха. Муха взлетает. В какой момент весы начнут чувствовать, что муха улетела?
2	Как можно на спутнике определить массу тела с помощью рычажных весов и гирь?
3	Иногда из водопроводного крана вода вытекает белая, будто молоко. Постояв некоторое время, вода снова делается прозрачной. Чем это объясняется?
4	Почему волоски кисточки в воде расходятся, а по вынимании из воды слипаются?
5	Если вы найдете закономерность, которой подчиняются тройки чисел в первых двух кругах, то написать недостающее число в нижнем секторе третьего круга уже не сложно. Какое это число?
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Петрография, кристаллография, тектоника, вулканология, топология.

Часть3

Команда номер_6__ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1
2	Почему тяжело идти по топкому болотистому месту или по песчаному пляжу?
3	В каком случае из крана самовара падают более тяжелые капли: когда вода горячая или когда она остыла?
4	Почему утки и гуси ходят переваливаясь? А человек ходит ровно.
5
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Фланец, вентиль, карбюратор, тройник, патрубок.

Часть3

Команда номер_7__ Капитан команды__________________

№	Задания	Обоснованные ответы
1	Объяснить, как мальчик на качелях увеличивает амплитуду качания.
2	Почему гром гремит дольше, чем видна молния?
3	Почему два гвоздя крепче держат доску, чем один?
4	Почему песок можно насыпать горкой, а шарики нельзя?
5
6	В представленной группе все, за исключением одного, выбраны по какому-то определенному признаку. Установите объединяющий признак и укажите, что ему не соответствует. Например: гранит, мрамор, кварц, полевой шпат, торф. В этой группе все, за исключением торфа, камни. Волга, Рейн, Нил, Сена, Дунай.

Материалы и инструменты на 1 команду

№ П/п	Наименование	количество шт.
1	Зеркало	2
2	Картон	1
3	Ножницы	1
4	Нож канцелярский	1
5	Клей	1
6	Самоклеющаяся пленка	1
7	Линейка	1
8	Угольник с углами по 450	1
9	Карандаши, фломастеры, ластик	1
10	Двойной скотч	общее
11	Скотч	общее
12	Салфетка для протирания зеркал.	1
13	Коробки от молока	2