science >> Wetenschap > >> Fysica

Hoe caleidoscopen werken

Caleidoscopen zijn fascinerend, of je ze nu al jaren gebruikt of dat het je allereerste keer is. Hoe vaak je ze ook gebruikt, je zult nooit exact dezelfde afbeelding twee keer zien. iStockfoto/Thinkstock

Weet je nog de eerste keer dat iemand je een caleidoscoop overhandigde en je uitnodigde om naar binnen te kijken? Je hebt misschien een geratel gehoord aan het uiteinde van de felgekleurde kartonnen buis toen je hem als een verrekijker naar je oog tilde. Misschien was je sceptisch, maar toen je naar binnen keek, je stond versteld van de uitbarsting van kleur en het ingewikkelde ontwerp aan de andere kant. Hoe lang je ook met dat fascinerende apparaat speelde, of hoe vaak je het uiteinde hebt omgedraaid of geschud, je zag nooit exact hetzelfde patroon twee keer.

Generaties mensen in de afgelopen twee eeuwen hebben deze ervaring gedeeld, maar niemand heeft ooit identieke afbeeldingen bekeken. Misschien maakt het deel uit van de aantrekkingskracht van de caleidoscoop dat zo'n low-tech apparaat een oneindige reeks prachtige - soms adembenemende - kunst kan creëren. Maar de kunst duurt maar een paar ogenblikken voordat het wordt vervangen door het volgende verbazingwekkende beeld.

Het woord caleidoscoop komt van Griekse woorden die 'mooie vorm om te zien' betekenen. Sommige zijn zo mooi en zeldzaam dat ze gewaardeerd worden als verzamelobjecten, veel geld op de markt brengen:een die in 2000 op een veilinghuis werd verkocht voor meer dan $ 75, 000 [bron:Kohler].

Ondanks wat je ooit dacht, het is geen magie die de prachtige vormen van de caleidoscoop creëert, maar eerder een samenstel van spiegels, hoeken en gewone objecten die op een zeer wetenschappelijke manier werken. Op de volgende pagina, we zullen het mysterie achter die spiegels en mooie vormen onderzoeken, en we zullen zien waarom er helemaal geen mysterie is. In feite, het duurde niet lang, je zou zelf een caleidoscoop kunnen maken, om je vrienden te verbazen en te verrassen.

Inhoud

Caleidoscopen uitgelegd
Geschiedenis van caleidoscopen
Soorten caleidoscoopconstructie
Maak je eigen caleidoscoop

Caleidoscopen uitgelegd

Op het meest basale niveau, een caleidoscoop is gemaakt van twee of meer spiegels of reflecterende oppervlakken die onder een hoek ten opzichte van elkaar zijn geplaatst, meestal vormend een V-vorm of een driehoek. Een tubeorcase - die er vaak uitziet als een verrekijker - is het lichaam dat de spiegelconstructie omringt. Aan het ene uiteinde van de spiegels is een verzameling objecten geplaatst, en er is een ooggat aan de andere kant.

Wat je ziet als je door dat ooggat kijkt, zal nooit twee keer precies hetzelfde zijn! Terwijl de container die de objecten bevat meestal zo groot is als - of groter dan - de caleidoscoopbuis, alleen het deel van de objecten dat binnen de ruimte van de driehoek binnen de objecthouder valt, wordt gereflecteerd.

Overweeg een pizza in schijfjes gesneden. Een enkele plak kan de objecten vertegenwoordigen die worden weergegeven in het V-vormige of driehoekige gebied van een caleidoscoop. Echter, als je dat stuk pizza tussen twee schuine spiegels legt, wat je zou zien zou er bijna uitzien als een hele pizza die bestaat uit talloze weerspiegelingen van die ene plak, zij aan zij.

Basisgeometrie vertelt ons dat een cirkel, als een complete pizza, is 360 graden rond. Elke pizzapunt of driehoek in de caleidoscoop is daar een deel van. Hoe dikker de wig, hoe groter de hoek op zijn punt; hoe dunner de wig, hoe kleiner de hoek. De grootte van de hoek bepaalt hoe vaak dat segment wordt gereflecteerd. Bijvoorbeeld, als je plak een vierde van de hele pizza is, de hoek is 90 graden. In een caleidoscoop met twee spiegels, die pizzapunt verschijnt vier keer in de afbeelding aan het einde van de caleidoscoop. Als het plakje half zo groot is - een hoek van 45 graden - wordt het acht keer in de afbeelding gereflecteerd [bron:Kohler]. Hoe kleiner de plak, hoe vaker het verschijnt.

Gelukkig, het beeld in de gemiddelde caleidoscoop is veel interessanter dan pizza. Zelfs de eenvoudigste verzameling gewone knoppen, kralen of stukjes glas wordt omgezet in een ingewikkeld en mooi ontwerp wanneer een caleidoscoop zijn werk doet. Dit is deels te wijten aan het principe van symmetrie. Als je een lijn door het midden van een symmetrisch object trekt, de helften aan weerszijden van de lijn zijn hetzelfde. Algemeen, je zou zeggen dat het spiegelbeelden van elkaar zijn. In een caleidoscoop, elk herhaald beeld is symmetrisch ten opzichte van het beeld ernaast. Hoe nauwkeuriger de spiegels of reflecterende oppervlakken met elkaar worden verbonden, hoe nauwkeuriger de resulterende symmetrische afbeeldingen zullen zijn.

In een caleidoscoop met twee spiegels, een wig van 30 graden heeft 11 reflecties [bron:Staub]. Als de originele wig helemaal bovenaan staat (om 12 uur op een wijzerplaat), de reflecties rechts en links (11 uur en 1 uur) zijn de eerste reflecties van het originele beeld. Gezien de manier waarop licht een spiegel raakt en onder dezelfde hoek wegkaatst, een blauwe kraal die aan de rechterrand van de originele wig is geplaatst, zou in dezelfde positie aan de linkerrand van de eerste reeks reflecties verschijnen. De reflecties op 10 uur en 2 uur zijn de tweede reeks reflecties; de blauwe kraal verschijnt aan de rechterrand van deze wiggen.

De derde set reflecties (9 uur en 3 uur) toont de blauwe kraal terug op de linkerrand. De blauwe kraal verschijnt aan de rechterrand in de vierde reeks reflecties (8 uur en 4 uur). En het verschijnt aan de linkerrand in de vijfde reeks reflecties (7 uur en 5 uur). De laatste reflectie (6 uur) toont de kraal weer aan de rechterrand. De manier waarop de objectreflecties van de ene naar de andere kant bewegen en zich met anderen combineren in deze symmetrische dans vormen de patronen die caleidoscopen zo verrukkelijk maken.

De constructie met twee spiegels creëert een ontwerp van wigreflecties die 360 graden vullen met een zwarte achtergrond. Drie of meer spiegels resulteren in een ontwerp dat de hele ruimte vult met nog ingewikkelder geometrische patronen en hun schijnbaar eindeloze reflecties. Bijvoorbeeld, drie spiegels creëren een reeks complexe driehoekige reflecties. De spiegelhoek beïnvloedt het patroon.

Omdat de objecten in de caleidoscoop bewegen - meestal nadat je ze hebt geschud of de objectcontainer hebt gedraaid - worden ze nooit een tweede keer precies op dezelfde manier gerangschikt, en geen twee ontwerpen zullen ooit perfect identiek zijn.

Wil je weten hoe dit ingenieuze apparaat tot stand is gekomen? Lees dan verder.

Aangeraakt door een hoek

Licht dat door een spiegel weerkaatst wordt vaak vergeleken met een stuiterende bal. Stel je voor dat je een bal recht naar beneden laat vallen; het zal recht naar je terugkaatsen. Als je de bal zo opgooit dat deze een korte afstand voor je de grond raakt, Hoewel, het zal stuiteren van de grond onder dezelfde hoek in de tegenovergestelde richting. Licht gedraagt zich op dezelfde manier. Met behulp van dit principe, het zou mogelijk zijn - als men dat zou willen - om vooraf te bepalen welk beeld zal worden weergegeven wanneer een object wordt gereflecteerd door een schuine spiegel.