МОУ Воскресенская средняя школа

Исследовательский проект по физике

Тема:

«Старт в науку: камера-обскура»

Автор: Зайцев Александр,

ученик 7 «в» класса,13лет

Руководитель:

Князева Нина Борисовна,

учитель физики.

р. п. Воскресенское

2018 год

2

Оглавление

1. Введение……………………………………………………………………………. 3

2. Основная часть………………………………………………………………………3

2.1. Что такое камера-обскура?......................................................................3,4

2.2. Принцип работы камеры-обскуры…………………………………………4

2.3. Закон прямолинейного распространения света…………………………...4,5

2.4. Изготовление камеры-обскуры. ……………………………………………5

2.5. Первоначальное использование камеры-обскуры…………………………5,6

2.6. Астрономическое применение камеры-обскуры…………………………..6

3. Заключение……………………………………………………………………………7

4. Литература…………………………………………………………………………….8

5. Приложение…………………………………………………………………………...9

3

Введение:

В 2013 году произошло частичное солнечное затмение, которое я наблюдал у нас в

Воскресенском. Но для того чтобы наблюдать за солнцем нужны специальные светофильтры

для защиты глаз. Также меня очень интересует вопрос о природе света, о законах его

распространения. Я обратился к учителю физики и узнал, что есть очень простой физический

прибор, с помощью которого легко проиллюстрировать закон распространения света и понять

построение изображение предмета с помощью световых лучей. Этим прибором является

камера-обскура.

Цель работы: изучение принципа работы камеры-обскуры и изготовление камеры-

обскуры для занятий на уроках, физических и астрономических кружках.

Задачи:

- изучить литературу по данной теме;

- изучить принцип работы камеры-обскуры;

- изготовить камеру-обскуру;

- провести наблюдения солнца с помощью «солнечного телескопа»;

Гипотеза – при помощи камеры-обскуры - простейшего устройства, изготовленной в

домашних условиях из подручных материалов, каждый может получить качественные

изображение объектов, в том числе изображения солнца, без вреда для зрения.

2. Основная часть.

2.1.Что такое камера-обскура?

Ка мера-обску ра (лат. camera obscūra — «тёмная комната») — простейший вид

устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Так уж сложилось, что

в русском языке термином «камера-обскура» обозначают два разных прибора: во-первых,

классическую «тёмную коробку с маленьким отверстием», играющим роль примитивного

объектива, и, во-вторых, проекционную линзовую камеру, прототип фотоаппарата.

Когда была изобретена камера-обскура точно неизвестно, в своем самом простом

варианте известна с античности — ее описание приводят Аристотель и Евклид, в V веке до н.э.

китайский философ Ми Ти описал возникновение изображения на стене затемненной комнаты.

4

2.2. Принцип работы камеры-обскуры

Суть работы камеры состоит в том, что световые лучи, проходя через отверстие, дают на

противоположной стенке перевернутое изображение того, что находится перед камерой-

обскурой. Примерно то же, что и в фотоаппарате. (Кстати, камера-обскура и была прототипом

обычного фотоаппарата), используя стекло (линзы) можно получать изображения любого

размера.

2.3. Закон прямолинейного распространения света.

Интересующее меня «камера» работает на основе закона прямолинейного

распространения света.

Прямолинейное распространение света – факт, установленный в глубокой древности. Об

этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до н. э.). Прямолинейностью

распространения света в природной среде объясняется образование тени и полутени.

Образованием тени при падении света на не прозрачный предмет объясняются такие явления

как затмение Солнца и Луны.

2.4. Изготовление камеры-обскуры.

Мы нашли руководство по изготовлению камеры-обскуры и приступили к изготовлению

из картона (смотри приложение ). Камеру сделали более совершенной, путём замены отверстия

на линзу. В результате мы получили более яркий пучок света, что сделало изображение ярче.

Теперь осталось применить камеру-обскуру по назначению, т. е посмотреть, как предметы в

ней отображаются. Результат нас порадовал, ярко освещённые предметы отображались хорошо.

Рис. 1 Построение изображения

свечи с помощью световых лучей Рис. 2 Схема камеры-обскуры,

применяемой для рисования

5

Процесс работы над камерой (смотри приложение)

Изображение предмета, полученное с помощью

камеры-обскуры.

Камера-обскура готова!

2.5 Первоначальное применение камеры-обскуры.

Первоначально камера-обскура использовалась художниками для создания городских

панорам.. Особенно это часто делали в XVII и XVIII в.в. это был средневековый аналог

фотографии без плёнки. Многие хорошие картины и гравюры известных парков, замков,

дворцов были в начале размечены по экрану, лишь потом дорисованы. К середине XVI века

камеру0обскуру оснастили линзовым объективом и зеркалом, в результате чего изображение в

ней стало ярким и прямым и она приобрела популярность, особенно среди не очень умелых

художников, использовавших её для точной зарисовки пейзажей. Существовали крупные

обскуры – в человеческий рост, а были и портативные.

Вид Делфта. Около 1660-1661.

Холст, масло. 98,5 х 117,5 см. Маурицхёйс. Гаага

6

Достоверно известно, что именно благодаря камере-обскуре в середине XVIII века

известный «ланкартный гравёр и в перспективе мастер» Михаил Махаев сумел в достаточно

короткие сроки выполнить для готовившегося к 50-летию Петербурга альбома два десятка

«першпектов» столицы, а затем, из-за очевидного успеха этой работы, получил подобные

заказы — по «снятию видов» окрестностей Петербурга, Шереметьевской усадьбы Кусково, а

также вида Московского кремля. Камерой-обскурой пользовались при подготовке «Атласа

Архангельской губернии» конца XVIII века, — в изготовлении пятидесяти «видов» городов и

монастырей России.

Изготовив портативную камеру-обскуру, мы испытали её в действии. Я чётко увидел

изображения предметов на прозрачной кальке. Благодаря установленному зеркалу изображение

получалось прямым, а не перевёрнутым.

2.6 Астрономическое применение камеры-обскуры.

Камера подходит не только для художественных, но и для астрономических целей. Читая

предложенную литературу, я наткнулся на проведённый эксперимент в Государственном

астрономическом институте им. П.К.Штернберга (МГУ). Речь идет о наблюдении Солнца,

имеющего колоссальную поверхностную яркость и потому доступного весьма детальному

исследованию при помощи классической ("дырочной") камеры-обскуры.

В здании Государственного астрономического института находится вертикальный

солнечный телескоп, широкая труба которого длиной 18 м пронизывает здание института от

крыши до подвала (рис. 3). В наглухо закрытом верхнем проеме трубы было оставлено круглое

отверстие диаметром 6 мм, а внизу, непосредственно над зеркальным объективом солнечного

телескопа, на расстоянии около 17 м от входного отверстия мы разместили белый экран.

Никаких оптических элементов между входным отверстием и экраном камеры не было. Первое

наблюдение состоялось 19 мая 1998 г.

Нам с руководителем захотелось провести подобный эксперимент. Для этого мы

превратили в камеру-обскуру целый кабинет, затемнив его. Вот схема нашего эксперимента

(рис.4).

штора

Рис. 4.

Рис. 3. Схема камеры-обскуры внутри

вертикального солнечного телескопа ГАИШ.

7

В результате проведения наблюдения за Солнцем 9 и 11 марта с помощью тёмной

комнаты и отверстия в ширме размером 5 мм, мы получили изображение Солнечного диска

размером 4 см. Этого достаточно, чтобы в будущем наблюдать частное солнечное затмение,

которое состоится на территории Росси в наших широтах 11 августа 2018 года в 12 ч 47 мин

м.в.

3. Заключение

Камера-обскура - простейший вид устройства, позволяющий 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.

Принцип работы камеры-обскуры парадоксально прост и основан на законе

прямолинейного распространения света. В практическом смысле, данный феномен

используется при создании изображений предметов на плоскости.

По моему мнению, поставленная цель, то есть ознакомление с феноменом «камера-

обскура», историей понятия и практическим применением полностью выполнена.

В результате проведенной работы я ознакомился с понятием «камера-обскура»,

практическим применением, были получены изображения, а также выполнен практический

опыт.

Выдвинутая гипотеза: при помощи камеры-обскуры - простейшего вида устройства,

изготовленной в домашних условиях, каждый может получить качественные изображения

объектов- подтвердилась. Изготовить камеру-обскуру в домашних условиях из подручных

материалов и получить изображения можно, но требуется время, терпение и аккуратность в

работе, без помощи взрослых не обойтись.

Изготовленная камера-обскура может быть использована на уроках изобразительного

искусства для получения изображения объёмных предметов на плоскости. Также она

необходима на уроках физики при изучении законов распространения света.

И конечно с нетерпением буду ждать солнечного затмения, чтобы проверить работу

камеры-обскуры.

8

Литература:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki

2. Сурдин В. Г. Камера-обскура: упущенная возможность древних астрономов? //

Звездочет. 1998. N 10.

3. Сурдин В. Г. Солнечные пятна и камера-обскура // Земля и Вселенная. 1999. N1.

4. Сурдин В. Г. Готический храм - солнечная обсерватория // Звездочет. 1999. N 1

5. Сурдин В. Г., Карташев М. А. Камера-обскура // Квант. 1999. N 2.

6. http://www.nat-geo.ru/photo-master/34462-kamera-obskura-obyknovennoe-fotochudo/

7. Учебник «Физика» для 8 класса А. В. Перышкин, «Дрофа».

8. https://www.youtube.com/watch?v=MWFFAXo9ing

9

Приложение.

Изготовление камеры-обскуры

Изучили материалы по данной теме и приступили к изготовлению камеры-обскуры.

Сначала определили фокусное расстояние линзы.

Собрали корпус камеры, прорезали «смотровое окно» через которое можно будет

наблюдать объекты.

Сделали подставку для зеркала

10

Вырезали деталь объектива. Установили линзу.

Выполняем наблюдения Увидели чёткое изображение предметов

В ходе работы выяснили, что необходимо дополнительное ограничение света для получения

более яркого изображения. Сделали дополнительно ширму.

11

ЭКСПЕРИМЕНТ: Камера-обскура (тёмная комната) эффект телескопа.

Затемнили комнату, в тёмном полотне сделали отверстие.

На экране получили «солнечный зайчик».

Измерили его диаметр.

Определили расстояния до щели в ширме.