Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

"Новые оптические приборы, созданные на основе полимерных материалов"

Тасболат Ерболат Бекболатович - доцент кафедры

теоретический и общей физики КазНТУ им. К.И. Сатпаева

Введение

Мы живем в век научно-технической революции, которая охватила все стороны человеческой деятельности и привела к структурным сдвигам в производстве и экономике - повышению значения новейших отраслей промышленности и возрастанию удельного веса прогрессивных материалов и изделий. Современный научно-технический прогресс и его стремительное развитие с одной стороны, требуют, а с другой стороны позволяют использовать достижения науки и техники для совершенствования процесса обучения физике в средней школе. В частности, применение в физическом эксперименте полимерных пленок, значительно повышает эффективность опытов по оптике. Это предположение основывается на существующих в настоящее время, большого многообразия полимерных пленок и их применений в различных областях народного хозяйства.

Надо отметить, что еще в 1665 г. известный физик Роберт Гук писал: "Я часто думаю, что возможно, по-видимому, найти пути искусственно получить келейную массу аналогично тому, как она образуется у шелковичного червя, или даже еще лучше. Если такая масса будет найдена, то, по-видимому, более легкой задачей будет найти путь вытягивания этой массы в тонкие нити". Однако работы по практической реализации подробных идей начались только в середине 19 века. Самый ранний патент на получения искусственного волокна из нитроцеллюлозы был взят в Англии в 1853 г., а впервые изготовили такое волокно англичане в 1883 г. Первый в мире завод по производству нитратного шелка из целлюлозы был пущен во Франции в 1891 г. Следующий шаг был сделан в 1909 г.: Лео Бенаденд - американец бельгийского происхождения, при нагревании под давлением фенола с формальдегидом получил баколит - прообраз современных феноло-формальдегидных смол.

Со времени этих открытий поиски новых синтетических полимерных материалов неутомимо продолжались во всем мире, в том числе в России (химики А.М. Настюков, Г.С. Петров). К 1915 г. появились еще два полимерные материалы, созданные на основе казеина (плавного белкового компонента молока) и олеиновых смол. Один из них назван галалитом.

Формально к пленкам относят листовой или рулонный материал толщиной до 0,25 мм и шириной более 100 мм. Узкие пленки называют лентами. Практически термин "пленки" установился для тонких листовых материалов такой толщины, при которой сохраняется их гибкость. Поэтому полиэтилен толщиной 0,4 мм сохраняет название пленки, а жесткий поливы илхлорид или полистирол толщиной 0,15-0,20 мм называют листовым материалом или пластиной. Классифицируют пленки чаще всего по их химической основе (полиэтиленовые, полистироловые и т.д.) иногда по распространенному фирменному названию - целлофан, саран.

Изменение содержания раздела "Оптика" в сторону расширения и углубления теоретического материала, предусмотрено новой программой, концепция единого подхода к изучению вызвали необходимость поставки новых и модернизацию ряд существующих опытов. Это в свою очередь обусловило необходимость разработки соответствующих физических приборов. Кроме того, благодаря выпуску промышленностью новых материалов в настоящее время появилась возможность осуществить некоторые опыты, которые не демонстрируются из-за отсутствия нужного оборудования. оборудование полимерная интерференция пропускание

При конструировании новых оптических приборов и усовершенствовании старых мы использовали такие современные материалы, как полимерные пленки, а также пластмассы, алюминий.

Ниже рассмотрены конструктивные особенности нового и модернизированного оптического оборудования, созданного на основе полимерных пленок.

1. Универсальная линза

В настоящее время учебная промышленность выпускает по оптике несколько видов линз. Мы поставили своей задачей заменить все эти линзы одной универсальной линзой, чтобы повысить эффективность эксперимента и получить большой экономический эффект.

Эта задача нами была решена на основе применения полимерной пленки. Ее оптические и механические свойства наиболее полно отвечают требованиям материала, необходимого для изготовления универсальной линзы.

Дело в том, что кривизна поверхности тонкой универсальной линзы, превращаемой при надобности в двояковыпуклую или двояковогнутую изменяется, следовательно, материал подвергается механическому воздействию растяжению. Чтобы он был пригоден для изготовления линзы, он должен обладать очень маленькой остаточной деформации, быть эластичным, прозрачным. Именно этими качествами обладает полимерная пленка. Используя ее, мы создали универсальною линзу, с помощью которой можно получить двояко - вогнутую и двояковыпуклую линзы с переменным фокусным расстоянием от 9 до 40 см. Универсальная линза была приспособлена нами к оптической скамье аппарата ФОС-115.

а) Назначение и устройство универсальной линзы. Такая линза предназначена для изучения законов геометрической оптики. Она состоит из алюминиевого корпуса 1 (см. рис. 1), на который с двух сторон накручены кольцевая крышка, изготовленные из пластмассы 5. С помощью крышек полимерная пленка 4 прижимается к алюминиевому корпусу, сбоку которого сделан штуцер для накачивания воды. С помощью штуцера вода накачивается в корпус для получения двояковыпуклой линзы или выкачивается из нее для получения двояковогнутой линзы. Общий вид универсальной линзы показан на рис 1, а на рис. 2 показана крышка универсальной линзы. В последней конструкции универсальной линзы штуцер (см. рис. 1,2) заменен на типовой, широко используемый в школьном физическом оборудовании.

Рис. 1. Универсальная линза: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - штуцер; 4 - полимерная пленка; 5 - кольцо; 6 - прокладка

Рис. 2. Крышка для универсальной линзы

б) Хранение и уход за универсальной линзой. После работы с универсальной линзой необходимо вылить из нее воду в сосуд, затем отвинтить крышки и снять полимерную пленку. Ее и все части прибора нужно протереть осторожно сухой чистой тряпкой и положить на хранение. В следующий раз для сборки универсальной линзы можно использовать ту же полимерную пленку. Хранение такой линзы требует гораздо меньше места в кабинете физики, чем обычный набор линз, а работа с ней удобна, к тому же демонстрации опытов с ее помощью выразительны и воспринимаются учащимся с большим интересом.

2. Прибор для получения картины интерференции поляризованного света

Изучение их не обеспечено полностью существующим сегодня экспериментом, так как учебная промышленность выпускает "Набор на поляризации света", с помощью которого нельзя показать некоторые опыты, например, интерференции поляризованного света. Для демонстрации интерференции поляризованного света мы изготовили прибор из полимерной пленки и приспособили его к оптической скамье аппарата ФОС-115.

Рис. 3

а) Устройство прибора для демонстрации интерференции поляризованного света. Для изготовления прибора мы использовали оправу от поляроида. Сняв поляроид с оправы, прикрепили к последней полимерную пленку таким образом, чтобы пленку можно было растягивать и отпускать. При демонстрации прибор устанавливаем на оптической скамье аппарата ФОС-115.

б) Хранение и уход за прибором. После демонстрации прибор нужно разобрать. Полимерные пленки собирают и укладывают в коробку из-под диафильма, затем указывают название полимерных пленок.

Этот прибор хранить в коробке "Набор по поляризации".

3. Прибор для определения коэффициента пропускания света полимерными пленками

При изучении фотографии не определяются коэффициенты пропускания прозрачных тел, хотя учащимся говорится, что прозрачные тела неодинаково пропускают световую энергию. Энергия, которой обладает свет до попадания во вторую прозрачную среду (с большей оптической плотностью) всегда больше энергии света, выходящего из второй среды. Причина явления в том, что некоторая часть световой энергии поглощается.

Рис. 4

Однако из-за отсутствия соответствующего прибора это явление опытно не подтверждается, что несомненно представляет существенный недостаток методики преподавания, требующий устранения. Установок для наблюдения поглощения света учебная промышленность не выпускает. Для создания прибора, поглощение световой энергии прозрачными средами мы использовали полимерную пленку.

Нами усовершенствован учебный прибор для изучения законов освещенности с применением полимерной пленки. Усовершенствованный прибор прост по устройству, дешев и доступен для изготовления в условиях каждого учебного заведения. Устройство его приведено на рис. 4.

Использованная литература

1. Нарисова, Икуо. Прочность полимерных материалов. //Под ред. Т. Екибори пер. с япон., Москва, 1987, 369 с.

2. Полимерные пленки в машиностроении. //Межвуз. Сб. науч. трудов. Пермь., 1980, 114 с.

3. Бартенев Г.М. и др. Физика и механика полимеров. Москва, 1983. 202 с.

Размещено на Allbest.ru