Стробоскопические эффекты Проект по физике

Инерция зрения Зрительное впечатление вызывается световым раздражением сетчатки глаза. С прекращением раздражения зрительное впечатление исчезает не сразу. Глаза сохраняют ощущение изображения приблизительно в течение 0,05с. Эта способность глаза называется инерцией зрительного восприятия и создает так называемый стробоскопический эффект.

Стробоскопический эффект первого типа Стробоскопический эффект первого типа – это восприятие быстрой смены изображений отдельных моментов движения тела, как его непрерывного движения. Световые раздражения с перерывами не более 0,1 с дают сливающееся единое впечатление. О стробоскопическом эффекте было известно уже в глубокой древности (I в. до н. э.). Ученые понимали, что, например, именно из-за этого эффекта молния нам кажется раскаленным огненным зигзагом.

В XIX веке появляются многочисленные занимательные приспособления и игрушки, позволяющие создавать иллюзию движения на основе стробоскопического эффекта первого типа. Это же время можно считать началом развития кинематографа «оживших» фотографий.

В 1868 году англичанин Джон Бернс Линнет запатентовал кинеограф - приспособление для создания анимированного изображения, состоящего из отдельных кадров, нанесенных на листы бумаги и сшитые в тетрадь. Зритель, быстро перелистывая листы тетради, наблюдает эффект анимации. В 1897 году англичанин Генри Уильям Шорт наладил массовое производство кинеографов под патентованным названием филиоскоп, снабдив его металлическим футляром и рычагом, облегчающим перелистывание страниц. Кинеография является одной из форм мультипликации.

«Птичка в клетке» Можно сделать простой опыт. На листе картона с одной стороны нарисовать птичку, с другой – клетку. При быстром вращении этого листа картона мы увидим птичку, сидящую в клетке.

Стробоскоп На свойстве глаза удерживать зрительное впечатление изображения последовательных движений предмета и видеть движущееся изображение основан простейший прибор – стробоскоп. Он состоит из невысокого цилиндра с прорезями. В цилиндр вставляется полоса с нарисованными на ней картинками. При вращении цилиндра наблюдается стробоскопический эффект.

Другой вид стробоскопа первого типа – дисковый. С помощью двух вращающихся друг относительно друга дисков, на одном из которых сделаны рисунки, а на другом – прорези, можно добиться кажущегося эффекта движения в одном или в другом направлении.

На стробоскопическом эффекте первого типа основано восприятие движения в кинематографе и телевидении. Нормальной частотой кадров, получаемой в 1 секунду при киносъемке или проецировании на экран, является частота равная 24 кадрам.

На экране кино часто возникают стробоскопические эффекты. Например, автомобиль мчится с головокружительной быстротой. Зритель же видит, что колеса едва вращаются, или вовсе не вращаются, или даже вращаются в противоположном направлении. Так как кинолента запечатлевает изображение колес с перерывами, то возможно три случая.

Если за время перерыва между кадрами колесо успевает сделать целое число оборотов (величина промежутка и скорость автомобиля не изменяется), то кажется, что колесо не вращается. Если спицы колеса похожи одна на другую, то для иллюзии неподвижности достаточно, чтобы за время перерыва между кадрами колесо повернулось на целое число промежутков между спицами.

Если колесо успевает за промежуток между кадрами сделать целое число оборотов и еще часть оборота (например, на 45 градусов), то кажется, что несмотря на быстрое перемещение автомобиля, колеса вращаются медленно.

Если в течение промежутка между кадрами колесо делает неполный оборот, отличающийся от полного на небольшую долю(например, на 315 градусов), то кажущееся направление вращения будет противоположно его действительному вращению.

Различают несколько видов съемок: замедленная (цейтраферная) – до 24 кадров в секунду; нормальная – 24 кадра в секунду; ускоренная – от 30 до 500 кадров в секунду; скоростная – от 500 до 1000 кадров в секунду; высокоскоростная – от 1000 до кадров в секунду; сверхскоростная – свыше кадров в секунду. Медленная и скоростная съемки позволяют видеть на экране то, что в обычных условиях увидеть невозможно.

Стробоскопический эффект второго типа Стробоскопический эффект второго типа – это восприятие быстро движущегося предмета неподвижным в условиях прерывистого наблюдения. Приборы, в которых используется стробоскопический эффект этого типа содержат импульсные источники света с регулируемой частотой вспышек и называются стробоскопами (назовём их стробоскопами второго типа).

Интересны некоторые явления, демонстрирующиеся в стробоскопическом освещении, например, свободное падение капель воды. Капли будут казаться неподвижными, если период световых вспышек равен времени роста и отрыва капель. При небольшом несовпадении этих интервалов времени можно добиться эффекта кажущегося движения капель вверх, а не вниз.

Вращение вентилятора при стробоскопическом освещении также кажется удивительным. Лопасти работающего вентилятора могут выглядеть вращающимися как в одну, так и в другую сторону или вовсе остановиться. Как и в случае вращающихся колес автомобиля при киносъемке, то, что увидит наблюдатель, зависит от соотношения частоты вспышек стробоскопа и частоты вращения вентилятора.

Освещение стробоскопом часто используют на дискотеках. Концертный стробоскоп имеет диапазон частот от 2 до 10 Гц. При этом стробоскопический эффект создает у публики иллюзию медленного наблюдения за танцором. Его движения раскладываются на отдельные фазы, что в большей или в меньшей степени зависит от ритма его танца и частоты вспышек стробоскопа.

С помощью стробоскопа можно производить фотосъемку различных быстро идущих процессов. Для этого нужно в затемненном помещении при открытом затворе пленочного фотоаппарата осветить движущийся объект интенсивными периодически повторяющимися вспышками в течении некоторого промежутка времени. На фотопленке будут фиксироваться последовательные положения тела при его движении. В дальнейшем отпечатанные стробоскопические фотографии можно использовать на уроках физики.

Полет шарика при выстреле из пружинного пистолета. Соединив видимые положения шарика плавной линией, легко представить траекторию движения шарика.

Движение шарика по наклонному желобу.Используя эти фотографии, можно достаточно точно определить величины, характеризующие движение тела.

На стробоскопической фотографии вращающейся детской игрушки можно видеть увеличение кажущегося числа шариков, застывающих неподвижно на равных друг от друга угловых расстояниях по ходу их вращения

Стробоскопический эффект используется во многих отраслях промышленности. Освещая при помощи стробоскопической лампы деталь, можно проводить некоторые регулировки, в частности регулировку зажигания двигателя машины. Надо учитывать, что стобоскопические эффекты могут возникать и при освещении люминесцентными лампами, т.к. для их работы используется переменный ток, из-за чего сила света ламп не остается постоянной.

Над проектом работали: Астахов Сергей

Чеботарь Алексей

Вильдяев Антон

Руководитель проекта Учитель физики Залипаева Любовь Владимировна