Публикации сообщества

Татьяна Невидимова • 9 сентября 2019

Мастерим научную игрушку и рассуждаем о псевдоголограммах

Пирамидку для просмотра "голографического" видео сделать очень легко. А вот объяснение увиденного часто хромает. Попробуем исправить это недоразумение и вспомним  еще одну чудесную игрушку - мираскоп.

 

image         image

Первую пирамидку мы с детьми сделали года четыре назад - на пике популярности этих штуковин. Недолго думая, взяли пластик от бутылки - и даже с такой кривой-косой-гнутой пирамидкой эффект наблюдалсяsmiley (слева китайская игрушка, справа - наша самоделка). Потом делали, как и все, из упаковочного плоского пластика (от коробок для компакт-дисков я отказалась без проб - овчинка явно не стоит выделкиwink). Окончательное действующее решение такое:

  • пользоваться пленкой для принтера;
  • не мучиться с трапециями - приготовьте детям шаблоны для цельной выкройки с последующим сгибанием и склейкой узким прозрачным скотчем по одному ребру (размеры на схеме в миллиметрах).
    Дети 6-7 лет справятся с работой минут за 15.image

Вот и все - для того, чтобы удивить детей, остается запустить на телефоне видео "для 3d пирамид", поставить изделие в центр дисплея, выключить свет и наслаждаться. Но для STEM-педагога все только начинаетсяcool
 

Механизм иллюзии

Во-первых, это в лучшем случае псевдоголограмма (для истинных голограмм требуются лазеры - читаем об этом в любых источниках, даем классе в седьмом и старше такую тему для реферата).

Посмотрим видео, поспрашиваем себяsmiley  и детей при изучении оптических систем на уроках физики.

Наша пирамидка больше всего походит на старинную иллюзию "Призрак Пеппера". Под сценой - освещенная фигура в белых одеждах, она отражается в наклонном стекле. Зрители видят призрак рядом с живым актером. Существеннейшая неточность картины - такую иллюзию видит именно  человек в зрительном зале, сбоку мы ничего подобного бы не увидели.
 

Источник: https://curiosity.com/topics/the-peppers-ghost-illusion-was-victorian-era-augmented-reality-curiosity

Гораздо удачнее современная иллюстрация: анимация  проецируется на отражающую поверхность, оттуда попадает на наклонную прозрачную пленку - и зрителю кажется, что анимированный персонаж взаимодействует с реальным человеком  на сцене.


 

Отсюда один шаг до нашей пирамидки. Видео запущено на жидкокристаллической панели (домысливаем - дисплее телефона/планшета) и попадает к зрителю не напрямую, а в виде отражения от наклонного стекла, причем отражение  зритель воспринимает как находящееся внутри этого стеклянного аквариума.

 

image

Источник: https://habr.com/ru/post/158231/

Возвращаемся к школьному курсу физики.

  • Действительное изображение (слева) создаётся сходящимися лучами в местах их пересечения. Его обычно не видят глазом прямо в пространстве (с этим мы чуть позже поспорим), а наблюдают на экране или фиксируют на фотоматрице.  
  • Мнимое изображение (справа) получается, когда лучи от какой-либо точки после прохождения оптической системы образуют расходящийся пучок. Если их продолжить в противоположную сторону, они (пунктирные линии на картинке) пересекутся в одной точке. Совокупность таких точек образует мнимое изображение - и оно нам прекрасно знакомо по отражению в плоском зеркале.

image                       image

 

Таким образом, пирамидная иллюзия связана в основном с зеркальным отражением видео с дисплея на грани пирамиды. Поэтому я не вижу особого смысла в самостоятельном создании четырехстороннего видео (но это дело вкуса). А как же интернетные рассуждения о том, что объемность иллюзии создается слиянием четырех отражений на гранях? Мозг легко достроит 3d из одного плоского зеркального отражения, все остальное (качественное видео, кратность видео, черный фон, особая освещенность, прозрачность, вид стекла и пленки) - это антураж, призванный улучшить качество иллюзии. И пирамидка хороша - устойчиваяsmiley, хоть поставь ее, хоть сверху телефон положи, и смотреть на все грани могут несколько зрителей со всех сторон, и есть эффект маленького аквариума. Основное - отражение специальной картинки в специальном зеркале. Преломление, поглощение, рассеяние света в данном случае играют вспомогательную роль - и здесь я с благодарностью приму критику от физиков.


А как же мираскоп?

Мираскоп состоит из двух параболических зеркал, верхнее - как крышка с отверстием. На дно помещаем маленькую игрушку. Она находится в фокусе верхнего зеркала, поэтому отраженные верхним зеркалом лучи идут параллельно главной оптической оси (ведь это сегмент параболоида вращения - вспоминаем школьный курс геометрии: парабола и ее фокус). А поскольку нижняя часть - тоже параболоид, то этот пучок параллельных лучей после отражения пересекается в фокусе нижнего зеркала - на уровне отверстия. И там получается слегка увеличенное действительное изображение игрушки - оно как бы парит в воздухе и мы видим его без экрана, бывают и такие действительные изображения - и их тоже могут ошибочно называть голографическими.

Изготовление самодельного мираскопа нам с детьми не под силу, но игрушку на основе параболы мы все же смастерим - см следующую публикацию.


Источники: http://fiziks.org.ua/fizicheskie-igrushki-miraskop/
http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1959-09--num6

 

Upd: Дискуссия в комментах! Физики, оптики, весь учёный люд! присоединяйтесь!

 Учитель физики предположил, что художник забыл второе стеклоsurprise! Левая картинка - неправильная, правая - правильная.

image      image

Автор (биофизик по полузабытому образованию) решил не сдаваться cool!

Обе оптические схемы вполне рабочие, они просто разные! Схема справа напоминает даже перископ, но и левая схема функциональна! Проведем строгий научный эксперимент! И ... кто скажет, что на фото не призрак Спанч Боба - пусть первым бросит в меня каменьlaugh

image

 

 

Другие мои публикации на Новаторе

Подробнее о моей работе в соцсетях:                                                                                                                                       ВК: хроника кружка "Научная игрушка" (Санкт-Петербург)                                                                                          ФБ: посты для коллег  

Оцените материал:
Поделитесь ссылкой:     

Кол-во комментариев: (8)

Лора Кравченко
Первый раз, когда увидела псевдо-голограмму, очень впечатлилась! Особенно тому, как просто получить объемное изображение с помощью простой пирамидки и смартфона.
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
  • Лора Кравченко
    Кстати, на этой старой картине, видимо, не хватает еще одного стекла, иначе такое изображение противоречит законам геометрической оптики))
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
  • Татьяна Невидимова
    Лора Викторовна, призрак на сцене - только для ВИП из зрительного зала)) Нам с вами сбоку стекла не полагается (тут художник прав) и призрака не полагается (это ошибка художника)
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
  • Лора Кравченко
    Отлично, Татьяна Ивановна, убедили!)) И все же думаю, что меня смутило в первой картине? Непропорциональность фигур и расстояний. Линейка в таком деле - помощник. Но автор, стопроцентно, всего лишь художник, и ему такие вольности простительны)))
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии