работа. РАБОТА_Нурутдинова АА_Миннуллина АА_Бавлинский район. Телескоп в домашних условиях
 Скачать 174.5 Kb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Кзыл-Ярская средняя общеобразовательная школа» Бавлинского муниципального района РТ Научно – исследовательская работа на Республиканскую научно – практическую конференцию «Современность и будущее космонавтики» НА ТЕМУ «Телескоп в домашних условиях» Работу выполнили: ученицы 9 класса Нурутдинова Айгиза, Миннуллина Аделя. Руководитель: учитель физики Залеева Л.Р. Бавлы 2022 Содержание Введение……………………………………………………………….................3 Глава 1. История телескопа……………………………………………………5 Глава 2. Устройство телескопа………………………………………………..9 Глава 3. Виды телескопа……………………………………………………....14 Глава 4. Изготовление телескопа…………………………………………….16 Заключение……………………………………………………………...............18 Источники и литература, интернет -ресурсы…………………………………20 Введение Часто, глядя в небо, мы задумывались 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, мы выяснили, 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 нам 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 нашего исследования: рассмотреть историю создания телескопа, создать домашний телескоп. Из цели исследования вытекают конкретные задачи данной работы: рассмотреть историю создания телескопа; рассмотреть устройство и принцип работы телескопа; рассмотреть виды телескопов; найти фокусное расстояние собирающей линзы; сделать телескоп-рефрактор; продемонстрировать работу телескопа. Гипотеза с помощью простейшего телескопа можно наблюдать за луной, звездами и другими небесными телами. – . 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:
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 картонную 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 телескоп, а из блестящей обрезали звездочки и наклеили . Вывод: Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрели 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. Использовали 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; -сделали 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 определили фокусное расстояние собирающей линзы. Мы изготовили простейший телескоп и рассмотрели луну, созвездия. Но у 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 позволила нам лучше разобраться с темой по физике: «Линза». Этот прибор сможем в дальнейшем использовать на уроках астрономии, географии. Надеемся усовершенствовать телескоп, т.е. добиться большего увеличения. Источники и литература, интернет-ресурсы Астрономия.10-11 классы/В.М.Чаругин.-М.:Просвещение,2018.-144с. Ожегов С.И., Толковый словарь русского языка. - М.: Российская АН.; Российский фонд культуры, 1996г., 928с. Наумов Д.А., Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль. М.: Наука, 1988г. Физика. 11 класс/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин- М.: Просвещение, 2010г., 400с. Амбарцумян В.А. Загадки Вселенной.- М.: Педагогика, 1987. Всё обо всём. Энциклопедия. – М: Аванта-Плюс, 2000. Гурштейн А.А. Извечные тайны неба.- Просвещение, 1984. https://sites.google.com/site/sdelatteleskop/home/istoria-sozdania-teleskopa-osnovnye-istoriceskie-vehi---izobretenie-teleskopov https://xreferat.com/102/2395-1-ustroiystvo-naznachenie-princip-raboty-tipy-i-istoriya-teleskopa.html https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF https://www.syl.ru/article/182339/new_kak-sdelat-teleskop-svoimi-rukami-kak-sdelat-moschnyiy-kachestvennyiy-teleskop-v-domashnih-usloviyah http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/h13.htm |
