«Технологии применения поляризации и возможность их использования в искусстве»

Региональная научно-практическая конференция

«Первые шаги в науку»

Руководитель: ,

учитель физики

МАОУ Лицей №17 г. Химки

Московской области

Аннотация.

Лицей №10, г. о. Химки

Технологии применения поляризации и возможность их использования в искусстве

Цель данной работы – разработка и проверка экспериментальным путем технологии поляризационного рисунка – технологии создания творческого продукта с бесспорным участием поляроидов.

Задачами данной работы являются: изучение поляризации и технологий с ее применением, их анализ с целью отбора основы разрабатываемой технологии, разработка технологии и ее реализация путем эксперимента.

Работа раскрывает следующие тезисы:

Принцип явления поляризации Общий принцип современных технологий, использующих поляроиды Принцип работы технологии 3D Принцип работы жидкокристаллических мониторов Принцип работы оптической технологии определения остаточных напряжений в материалах Принцип работы технологии Real 3D Принцип работы поляризационных линз для фотоаппарата Принцип работы разработанной технологии в искусстве

Выводом стало подтверждение предположения о возможности использования поляризации в творческих целях.

Данную работу можно использовать на уроках физики, во внеклассной работе.

Тезисы по тексту работы.

Поляризация раскрывает принцип явления поляризации, а также самого поляроида, его применение в единственном экземпляре.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Технологии раскрывает принцип основных технологий использования поляризации

Технология 1 раскрывает принцип работы технологии 3D

Технология 2 раскрывает принцип работы жидкокристаллических мониторов

Технология 3 раскрывает принцип работы оптической технологии определения остаточных напряжений в материалах и сферы применения этой технологии

Технология 4 раскрывает принцип работы технологии Real 3D, а также повествует о принципе четвертьволновой пластины, и круговой поляризации.

Фотофильтры повествует о принципах применения поляризаторов при фотосъемке, показывая, что данная сфера использует все основные технологии применения поляризации сразу.

теоретическая часть раскрывает основной принцип разработанной технологии

Экспериментальная часть описывает условия эксперимента, наблюдения, а также объяснения увиденного.

Заключение раскрывает особенности и перспективы разработанной технологии в сфере искусства.

Оглавление

Введение………………………………………………………………………1

Основная часть………………………………………………………………………… 2

Поляризация………………………………………………………………… 2

Технология 1……………………………………………………………………………… 2

Технология 2……………………………………………………………………………… 3

Технология 3……………………………………………………………………………… 3

Технология 4……………………………………………………………………………… 3

Фотофильтры…………………………………………………………………4

Теоретическая часть……………………………………………………………………………4

Экспериментальная часть……………………………………………………………………………5

Заключение…………………………………………………………………… 5

Вывод………………………………………………………………………… 5

Основные источники………………………………………………………………………6

Приложения

Рисунок 1. Свет Рисунок 2. Принцип работы поляризаторов Рисунок 3. Принцип работы технологии 3D Рисунок 4. Принцип работы пикселя Рисунок 5. Принцип работы четвертьволновой пластины Рисунок 6. Материал без и с поляризационным фильтром Рисунок 7. Изменение цветовой гаммы рисунка с поворотом материала Рисунок 8. Изменение цветовой гаммы рисунка с поворотом анализатора Рисунок 9-12. Некоторые работы с применением разработанной технологией

Введение

Проблема.

Современное искусство обладает очень интересной особенностью: оно способно свободно заимствовать и использовать при своем функционировании любые технологии из, казалось бы, тех областей, где не может быть ничего, кроме хладнокровных расчетов и беспристрастной логики. Именно поэтому в наше время каждый год рождается новый вид или жанр искусства. Не последним источником вдохновения является, разумеется, наука. Да, творческий порыв может родиться и в области объективного знания. «Без фантазии нет искусства, как нет и науки», говорил знаменитый музыкант и педагог Ференц Лист. Поиски новых течений и веяний в искусстве происходят каждый день, и основой свежего художественного направления может оказаться что угодно.

Актуальность.

Присоединяясь к всеобщему творческому порыву, я приступила к собственным поискам научной области, где можно дать волю фантазии. Бес всякого сомнения, мой выбор пал на физику световых явлений, ибо именно свет дарует нам возможность различать цвета окружающих объектов, а значит, появляются бескрайние просторы для свободного творчества. Из всех световых явлений наиболее перспективным и наименее изучаемой в творческом направлении является поляризация. Дальнейшие исследования в данной области направлены на открытие новых перспектив искусства.

Цель: создание технологии использования поляризации в творческих целях.

Задачи:

Изучить понятие поляризации. Ознакомиться с основными технологиями применения поляризации в современной жизни. Проанализировать их в как основу для творческой деятельности. Отобрать наиболее перспективную для творчества технологию. Составить принцип работы выбранной технологии в сфере искусства. Поставить эксперимент. Сделать вывод о совместимости созданной технологии с реальностью, усовершенствовать технологии в свете реальных факторов.

Гипотеза: возможно создание нового направления в искусстве путем использования свойств поляризации.

Основная часть.

Поляризация.

Поляризация - процесс упорядочения колебаний вектора напряженности электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества – поляризаторы. Как же это работает? Итак, свет – поперечно-поляризованная электромагнитная волна. Векторы электрического поля и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и направлению распространения волн (Рисунок 1). Направление поляризации волны связано с направлением вектора электрического поля.

Дело в том, что в одном пучке света находится множество световых волн, расположенных в разных плоскостях, поэтому суммарное излучение является неопределенным, неполяризованным. Поляроид же способен пропускать лишь те волны, у которых плоскость колебания электрических векторов параллельна плоскости поляризации (Рисунок 2).

Технология простейшего применения поляризационного света используется в автомобильных фарах, поляризационных очках (солнечных или специализированных), в других ситуациях, где требуется регулируемое ограничение светового излучения.

Технологии.

При использовании поляризации в современном мире люди используют два поляризатора, так как именно это конструкция позволяет регулировать интенсивность проходящего сквозь них света путем изменения угла (б) между плоскостью поляризации одного поляроида и второго (анализатора). Зависимость интенсивности света от угла б можно показать формулой:

Технология 1.

Одна из простейших технологий применения поляризации – технология 3D.

3D кинотеатры позволяют создать в кинозале некое ощущение объема. Чувство пространства, а также минимальное «зрение сквозь объекты» у человека реализуется благодаря удаленному расположению глаз. Именно это и воспроизводят операторы, используя во время съемок двойную камеру с двумя объективами. При воспроизведении в кинотеатре на экран одновременно воспроизводят оба фильма, снятых с двух ракурсов. В результате без 3D очков на экране будет двойное изображение, которое необходимо разделить для каждого глаза. Здесь-то и вмешиваются поляризаторы. Их используют в качестве стекол для 3D очков, только одно из них имеет горизонтальную поляризацию, другое – вертикальную. При проецировании на экран изображение также поляризуют перпендикулярно друг другу. В итоге вертикально поляризованное изображение может увидеть лишь глаз с вертикальным поляризатором, горизонтальное – с горизонтальным (Рисунок 3).

Технология 2.

Поляризаторы также используют при изготовлении жидкокристаллических мониторов.

Известно, что в одном пикселе используется три световых фильтра: красный, синий и зеленый. Степень их яркости регулирует установка из двух перпендикулярных друг другу поляризатора и слоем жидких кристаллов межу ними. При «спокойном» положении, когда на кристаллы ничто не воздействует, свет первично поляризуется, без изменений проходит через жидкие кристаллы, и уже не может пройти через последний поляризатор, следовательно, пиксель становится темным. Когда же жидкие кристаллы находятся под напряжением, меняется их внутренняя структура, благодаря чему свет, проходя сквозь них, меняет плоскость колебания, что позволяет ему пройти через последний поляризатор. Как результат, пиксель становится светлым (Рисунок 4).

Такая технология используется в любом аппарате с жидкокристаллическим монитором, начиная с двуцветных калькуляторов и часов, заканчивая современными сенсорными телефонами и мониторами.

Технология 3.

Благодаря поляризаторам можно выявить внутренние напряжения прозрачных материалов.

Изменять плоскость электронного колебания света способны не только жидкие кристаллы. При производстве прозрачных предметов возникают некоторые остаточные деформации, незаметные невооруженным глазом, но от степени напряжения которых зависит степень поворота плоскости колебания световых волн. При нахождении таких предметов между двумя перпендикулярными друг другу поляризаторами мы можем наблюдать цветную интерферированную картинку. Вся эта конструкция в результате окажется прозрачной, так как, подобно примеру с жидкими кристаллами, свет меняет плоскость колебания, что позволяет ему пройти через последний поляризатор. Разноцветным прозрачный предмет будет казаться из-за того, что угол поворота света (зависящий от меры искажения материала) зависит также и от частоты его колебаний (от которого зависит цвет световой волны), в том числе.

Этой технологией пользуются, как и в промышленности при оценке качества изготовляемого материала, чаще всего стекла, так и в минералогии, медицине (в частности, оптике, при обнаружении отклонений в сетчатке глаза), микробиологии (с помощью поляризационных микроскопов были обнаружены и сфотографированы такие мелкие и неконтрастные объекты, как внутриклеточные двоякопреломляющие структуры и детали строения ядер клетки, которые невозможно обнаружить другим способом).

Технология 4.

Поляризаторы не ушли из обихода и при совершенствовании технологии 3D.

Вышеописанная мной технология 3D имеет один неприятный минус. Проблема в том, что стоило зрителю лишь немного наклонить голову, то есть поменять плоскость поляризации на его очках, картина тут же начинала темнеть. Избежать подобного помогает технология Real 3D, которая в своем функционировании использует круговую поляризацию.

Круговая поляризация – поляризация, возникающая, когда электрический вектор вращается вокруг направления распространения волны, и сохраняет при этом свою абсолютную величину. В такое состояние линейно поляризованную световую волну может привести специальный материал – четвертьволновая пластина. Этот процесс работает и в обратную сторону: если циклически поляризованный свет проходит сквозь четвертьволновую пластину, он вновь становится линейно поляризованным (Рисунок 5). При столкновении циклически поляризованной световой волны с поляризатором, электрический вектор вращается до тех пор, пока световая волна не сможет пройти сквозь поляризатор. Именно поэтому яркость картинки в кинозале не будет зависеть от степени наклона головы зрителя.

Фотофильтры

Все перечисленные выше технологии уже использованы в искусстве, а точнее, к помощи поляризации прибегают фотографы

Поляризаторы служат в качестве светофильтров у фотоаппаратов. Основными считаются три вида:

● фильтр линейной поляризации. Представляет собой один обыкновенный поляризатор, позволяющий фотографам, избавится от нежелательных бликов с отражающих поверхностей. Дело в том, что отраженный от диэлектриков свет частично, но поляризован, что позволяет второму поляризатору его «просеять». Также, несколько поляризованным является и свет, прошедший сквозь атмосферу, из-за чего небо на фотографии, сделанной при помощи поляризационного фильтра, будет казаться гораздо темнее настоящего. Также этот фильтр помогает убрать отражение фотографа, когда тот делает снимки свозь стекло.

● составные нейтральные поляризационные фильтры. Данный фильтр состоит из двух поляризаторов, где плоскость поляризации одного из них регулируется. Обладает всеми особенностями, что и фильтр линейной поляризации. Однако, составные нейтральные фильтры способны регулировать степень поляризации входящего света (уменьшать или увеличивать).

● составные цветные поляризационные фильтры. В основном существуют трех видов: P/G (фиолетово-зеленый), B/Y (сине-желтый), R/B (красно-синий). Состоит из двух перпендикулярных друг другу поляризатора и пластины, поворачивающей плоскость поляризации света. При прохождении через фильтр меняется цвет световой волны (из-за того, что угол поворота зависит от частоты колебания волны). При каждом положении поляризаторов часть спектра проходит сквозь такую систему, а часть задерживается, из-за чего фотографу будет виден один из двух вариантов «цветовых искажений», как, к примеру, у фильтра R/B: красный, когда плоскости поляризации обоих поляризаторов параллельны, синий, когда перпендикулярны. Разумеется, такие фильтры также способны убирать блики.

Теоретическая часть.

Из всех рассмотренных выше технологий больше всего в творческом смысле меня привлекла техника выявления внутренних напряжений, так как ими можно «управлять», физически воздействуя на прозрачный материал. Меняя степень напряжения в материале, мы можем добиться и изменения цветной картины, при помещении материала между двумя поляризаторами. Таким образом, можно создавать целые картины, не видимые

невооруженному глазу, но проявляющиеся при использовании конструкции из двух поляризаторов (рис 6). Простейший способ воздействия на материал – термический.

Экспериментальная часть

Итак, для творчества необходимо: источник света, два поляризатора, источник тепла. В домашних условиях, в моем случае, используется монитор компьютера, так как имеет в своем составе как источник света, так и поляризатор. Источником тепла является зажигалка. Материал –упаковки компакт-дисков.

После нескольких проб мне удалось проследить за последовательным изменением цвета во время теплового воздействия: чем сильнее напряжение, тем сильнее при прохождении сквозь материал искажается свет, то есть частота колебаний его волн становится выше. То есть, чем дольше мы воздействуем на материал, тем больше становится угол искажения (поворота) света, а значит, меняется и цветовой спектр, поглощаемый, задерживаемый конструкцией, а значит, и доходящий до нашего глаза.

Изменение цветовой гаммы рисунка также происходит во время его поворота, так как, опять же, меняется угол поворота плоскости электронных колебаний и, следовательно, степень поглощаемости цветового спектра световой волны (рис 7), а также при повороте второго поляроида (анализатора), так как меняется плоскость конечной поляризации (рис 8).

Заключение

Все вышеописанные наблюдения и свойства поляризационного рисунка открывают необозримые просторы для воображения. Стоит только подумать… Невзрачная на первый взгляд стекляшка, ничем не отличающаяся от остальных, может хранить в себе секрет чьего-нибудь завораживающего взлета фантазии, но мы можем лишь гадать, что это, пока не воспользуемся необходимыми фильтрами. Невероятные рисунки, способные менять свое настроения от одного лишь движения: от холодного и спокойного, до жизнерадостного и веселого – все это может хранить лишь только один рисунок! К тому же, подобное искусство довольно капризное – здесь невозможно что-либо исправить, так как дальнейшее воздействие лишь усиливает искажение, а обратный процесс закрепляет созданное. Мы можем, с определенной долей терпения и аккуратности (как и во всех видах искусства), играть с уже предоставленными нам несметным богатством цветов, осторожно искажая их, подстраивая собственным желаниям, создавая ни на что не похожие рисунки… (Рис 9, 10, 11, 12)

Вывод.

Гипотеза подтверждена: возможно создание произведений искусства при бесспорном участии поляризации. Также без поляроидов невозможно и созерцание подобных произведений. Что в очередной раз доказывает, что воображение может поселится в любой сфере, а искусство зародится там, где его не ждут. Достаточно лишь ознакомиться с материалом и добавить капельку фантазии…

Основные источники:

https://ru. wikipedia. org/wiki Сопротивление материалов () (глава 14.4) Видеоуроки «Физика от Побединского» http://medoptical. info

Приложения.

Рисунок 1.