Устройство для демонстрации оптических явлений в поляризованном свете

Полезная модель предназначена для учебных целей. Прозрачный демонстрируемый объект, расположенный между двумя коаксиальными поляризаторами, освещается с помощью светоизлучающей панели, в качестве которой служит либо электролюминесцентная панель, либо панель с рефлективной светодиодной подсветкой. Конструкция обеспечивает повышение выразительности лекционной демонстрации, достижение ее компактности и оперативности работы с ней. Преимуществами модели являются: равномерная яркость свечения всего светового поля, недостижимая в известных установках с лампами накаливания и конденсорами; малая толщина электролюминесцентной панели, позволяющая существенно уменьшить габаритные размеры и массу демонстрационной установки; небольшое энергопотребление, обеспечивающее ее длительную работу в автономном режиме. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для учебных лекционных демонстраций по разделу «Оптика» курса общей физики в вузах.

Известны устройства для лекционных демонстраций по оптике [Грабовский, М.А., Млодзеевский, А.Б., Телеснин, Р.В. и др. Лекционные демонстрации по физике / под ред. В.И. Ивероновой. - М.: Наука, 1965. - с. 537 - 548.] на основе оптической скамьи с установленными на ней источником света, конденсором, демонстрируемыми оптическими элементами, расположенными между двумя поляроидами со скрещенными плоскостями поляризации, и объективом, проецирующим изображение указанных элементов на удаленный экран. В качестве демонстрируемых оптических элементов могут быть использованы, например, кусочки целлофана, перекрывающиеся друг с другом, или же прозрачные модели различных строительных деталей с возможностью приложения к ним механических напряжений и визуализации их воздействия на демонстрируемые детали по изменению яркости и цвета наблюдаемой интерференционной картины.

В целом описанные устройства являются довольно громоздкими, требуют предварительной настройки и юстировки, а также достаточного затемнения аудитории. При этом яркость и цветовая насыщенность изображения зависит от его размеров на экране и степени затемнения аудитории. Указанные факторы снижают оперативность проведения демонстрации, что в условиях острого дефицита времени на лекции может оказаться недопустимым. Кроме того, указанные устройства не отвечают в полной мере широким возможностям современных мультимедийных аудиторий, укомплектованных компьютером с подключенными к нему видеокамерой и проектором, передающим транслируемое изображение на большой экран, предназначенный служить центром внимания студентов.

Для преодоления указанных недостатков в известное устройство для демонстрации оптических явлений в поляризованном свете, содержащее источник света, прозрачный демонстрируемый объект, расположенный между двумя коаксиальными поляризаторами, один из которых установлен с возможностью вращения вокруг общей оси симметрии, и опционально видеокамеру для трансляции изображения демонстрируемого объекта через мультимедийный проектор на экран, согласно полезной подели, в качестве источника света введена светоизлучающая панель с источником электропитания, служащая фоном для демонстрируемого объекта.

В качестве светоизлучающей панели может служить электролюминесцентная панель.

В устройстве может использоваться светоизлучающая панель с рефлективной светодиодной подсветкой и светоотражателем, при этом источник электропитания может быть автономным.

Необходимость в оптической скамье, объективе и конденсоре при этом, разумеется, отпадает, а все устройство становится настолько легким и компактным, что может быть использовано не только на лекциях, но и на других видах занятий (практических и лабораторных) даже без видеокамеры, для индивидуального просмотра демонстрируемого изображения студентами.

Схематическое изображение устройства приведено на фигуре 1. Демонстрируемый оптический объект 1 расположен между двумя поляроидами 2 и 3, один из которых (2) способен поворачиваться вокруг оси, ортогональной его плоскости. Указанные узлы устройства 1, 2, 3 находятся в съемных коаксиальных оправах и расположены на фоне светящейся панели 4, подключенной к источнику питания 5. Со стороны поляроида 2 находится видеокамера 6, подключенная через компьютер к мультимедийному проектору.

Устройство работает следующим образом. Если требуется, например, показать явление интерференции в поляризованном свете, то в качестве демонстрируемого объекта 1 используют препарат из целлофана. Его помещают между поляроидами 2 и 3, повернутыми на гашение света, и наблюдают на экране яркие интерференционные цвета. Медленно поворачивая один из поляроидов, наблюдают постепенное изменение окраски изображения.

Для демонстрации явления анизотропии в сжатом оргстекле объектом 1 служит общепринятая модель рельса или балки из органического стекла в металлической рамке с винтом-зажимом, изображение которых транслируют на экран. Сначала поляроид 2 устанавливают на просвет и при ослабленном винте обращают внимание студентов на равномерную окраску изображения, свидетельствующую об отсутствии в модели механических напряжений, потому что на нее не давит винт. Затем поворачивают поляроид 2 на 90° и добиваются полного затемнения поля экрана. Далее, медленно вращая винт, сдавливают модель и вызывают в ней натяжения, которые обнаруживаются на экране в виде ярких цветных линий неправильной формы.

Осуществление описанной модели вполне отвечает поставленным задачам повышения выразительности лекционной демонстрации, достижения ее компактности и оперативности работы с ней. Особенно эффективно использование в качестве источника света электролюминесцентной панели с автономным электропитанием. Прежде всего, обеспечивается равномерная яркость свечения всего светового поля, недостижимая в известных установках с лампами накаливания и конденсорами. Толщина электролюминесцентной панели, не превышающая 1,2 мм, позволяет существенно и непревзойденно уменьшить габаритные размеры и массу демонстрационной установки, а малое энергопотребление обеспечивает ее длительную работу в автономном режиме.

1. Устройство для демонстрации оптических явлений в поляризованном свете, содержащее источник света, прозрачный демонстрируемый объект, расположенный между двумя коаксиальными поляризаторами, один из которых установлен с возможностью вращения вокруг общей оси симметрии, и опционально видеокамеру для трансляции изображения демонстрируемого объекта через мультимедийный проектор на экран, отличающееся тем, что в качестве источника света в него введена светоизлучающая панель с источником электропитания, служащая фоном для демонстрируемого объекта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве светоизлучающей панели служит электролюминесцентная панель.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нём используется светоизлучающая панель с рефлективной светодиодной подсветкой и светоотражателем.

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что источник электропитания является автономным.