Плащ-невидимка стає реальністю. Як працює плащ-невидимка? Учням нашої школи були поставлені питання

Жемчугова Тетяна

Керівник проекту:

Макашутіна Людмила Вікторівна

Установа:

МБОУ ЗОШ №2 ЗАТО Озерний Тверської області

Моя дослідна робота з фізики "Плащ-невидимка: міф чи реальність?"присвячена дослідженню можливості створення реального плаща-невидимки, пошуку технічних рішень цього завдання. У процесі свого дослідження я намагатимусь зрозуміти, як працює «невидимість», проведу експеримент.

У дослідному проектіз фізики на тему "Плащ невидимка: міф чи реальність?" я проведу анкетування учнів нашої школи про знання в галузі створення плаща-невидимки в сучасному світі.

У процесі дослідницької роботи з фізики на тему "Плащ невидимка – міф чи реальність?" мені необхідно буде виконати пошук інформації про відомі технології створення плаща-невидимки та розглянути існуючі технології створення такого плаща.

Вступ
1. Опитування про плащ-невидимку.
2. Як працює «Невидимість»
1.1. Спосіб стати невидимим №1.
1.2. Спосіб стати невидимим №2.
1.3. Спосіб стати невидимим №3.
1.4. Спосіб стати невидимим №4.
3. Експеримент "Камуфляж"
Висновок
Література

Вступ

Можливість за своїм бажанням ставати невидимим століттями входила в першу трійку найбільших людських бажань поряд з польотами та здатністю бачити те, що далеко.

Сьогодні це більше не сюжети з казки: ми вже маємо літаки, орбітальні станції, телебачення та інтернет.

Створенням реального плаща-невидимкивчені зайнялися лише чверть століття тому, проте за такий короткий проміжок часу вони встигли знайти відразу кілька технічних рішень цього завдання.

Цілі і завдання:

Провести опитування учнів школи про пізнання у сучасних технічних можливостях створення казкового плаща-невидимки у світі.
Дослідити можливості створення реального плаща-невидимки.
Ознайомити учнів із технічними рішеннями цього завдання.

План роботи:

Поцікавитись у батьків знайомих про існування плаща-невидимки. Опитати учнів про їхнє пізнання у його існуванні.
Пошук інформації про відомі можливості та технології створення плаща-невидимки.
Зрозуміти, як працює «невидимість».
Класифікація та розгляд усіх технологій для створення плаща-невидимки.

1. Опитування про плащ-невидимку

Учням нашої школи були поставлені питання:

Чи хотіли б ви мати плащ невидимку?
Навіщо?
Як ви думаєте в сучасному світі при технічному прогресі, чи є можливість створення плаща невидимки?

Результати опитування:

1. « Чи хотіли б ви мати плащ-невидимку?»
Була відповідь « Так».

Але є й ті, що не хочуть мати плащ-невидимку.

2. На запитання « Навіщо потрібен їм плащ-невидимка» школярі відповіли:

«Щоб їх ніхто не бачив»
«Щоб фізкультуру ходити спокійно і не попадатися на очі»
«Підглядати за іншими»
«Щоб пограбувати банк»

А інші не сказали навіщо він їм потрібен.

3. На останнє запитання « Як ви думаєте в сучасному світі при технічному прогресі чи є можливість створення плаща-невидимки?» школярі відповіли, що в нашому світі недостатньо технологій для винайдення плаща, ну а хтось, сподіваючись на це, відповів, що можливість є.

2. Як працює «Невидимість»

Для того, щоб зрозуміти, що таке " невидимість» , необхідно спочатку розібратися, що таке " видимість» .

У вакуумі або прозорому середовищі промені світла поширюються прямолінійно. Однак, якщо промінь зустрічає перешкоду, він трансформується – відбивається, заломлюється, поглинається.

Потрапивши в людське око, такий видозмінений промінь і дозволяє нам. бачити».

Спосіб стати невидимим №1

Перший спосіб стати невидимим:особливий матеріал заломлює промені.
Група американських учених із Каліфорнійського університету в Берклі створила прототип плаща-невидимки, який виявився максимально наближеним до його опису у науковій фантастиці.

Правда, поки що розроблена система може приховувати від погляду людини лише мікроскопічні об'єкти.

Спосіб стати невидимим №2

Другий спосіб стати невидимим:проекція всього, що знаходиться позаду об'єкта на спеціальний екран попереду.

Варто розуміти, що подібні розробки були вчені і раніше, наприклад, раніше в іншому університеті створили систему « маскуючих» лінз, що перенаправляли сонячні промені та робили об'єкт псевдо-невидимим.

Нова технологія ж є плащем-невидимкою повною мірою.

Спосіб стати невидимим №3

Третій спосіб стати невидимим: « хамелеон» або « камуфляж» – прийняти колір довкілля.

Камуфляжмасово почав використовуватися військовими всього світу відносно нещодавно - з кінця XIX ст.

До цього військова формавиглядала набагато привабливіше - яскраві кольори, переважно синій, червоний і білий, еполети, блискучі гудзики. Усе це сильно полегшувало управління військами біля.

Потім технічний прогресі вдосконалення методів ведення війни зажадали зробити солдатів менш помітними на тлі навколишньої природи, і ось уже більше 100 років це завдання зі змінним успіхом вирішують всілякі камуфляжі.

Але тепер військовим вже недостатньо хитріша забарвити форму, і вчені шукають принципово інші підходи до приховання на території людей і техніки.

Спосіб стати невидимим №4

Четвертий спосіб стати невидимим:щит з радіохвиль.

Світлові промені та радіохвилі мають ту саму природу - це електромагнітні коливання.

Можливість за своїм бажанням ставати невидимим століттями входила в першу трійку найбільших людських бажань поряд з польотами та здатністю бачити те, що далеко. Сьогодні це більше не сюжети з казки: ми вже маємо літаки, орбітальні станції, телебачення та інтернет. Створенням реального плаща-невидимки вчені зайнялися лише чверть століття тому, проте за такий короткий проміжок часу вони встигли знайти одразу кілька технічних рішень цього завдання.

Щоб зрозуміти, що таке «невидимість», необхідно спочатку розібратися, що таке «видимість». У вакуумі або прозорому середовищі промені світла поширюються прямолінійно. Однак, якщо промінь зустрічає перешкоду, він трансформується – відбивається, заломлюється, поглинається. Потрапивши в людське око, такий видозмінений промінь і дозволяє нам «бачити». Сказане справедливо для непрозорих предметів, проте проходячи через тонке скло, промінь світла майже не зазнає змін і тому перешкода практично невидима.

Уявіть собі тонкий струмінь води, що падає вертикально вниз. Підставимо під струмінь м'ячик від настільного тенісу. Вода, потрапивши на кульку, стіче по його поверхні, а знизу знову перетвориться такий же тонкий струмінь. І дивлячись на неї, можна подумати, що струмінь не зустрічав жодної перешкоди. Значить, для створення плаща-невидимки необхідно зробити так, щоб будь-який промінь, що впав на людське тіло, не трансформувався, а продовжував свій шлях у тому ж напрямі, з тією ж яскравістю та спектральною частотою, ніби він пройшов через тонке скло. Які ж технології дозволяють перетворити теорію на практику?

Метаматеріал Quantum Stealth

Плащ-невидимка не повинен змінювати властивості предмета - він просто спрямовує промені світла в обхід і змушує стороннього спостерігача бачити лише те, що знаходиться позаду. Сьогодні субстанції з такими властивостями вже є: це метаматеріали з негативним кутом заломлення, який змушує промені світла огинати об'єкт і робить його невидимим для ока, приладів нічного бачення та тепловізорів, а також приховує тінь.

Першопрохідником у сфері створення таких метаматеріалів став фізик Імперського коледжу в Лондоні, сер Джон Пендрі. У середині 90-х він припустив, що досягнення потрібного кута заломлення можливе не стільки за рахунок хімічного складумолекул, скільки за рахунок їхнього розташування. Вчений виходив із усім відомого факту: на межі середовищ хвилі можуть відбиватися або заломлюватися, а всередині середовища - поглинатися чи проходити крізь неї.

У 2006 році професора університету Мічигану Олена Семушкина і Сян Чжан запропонували використовувати діаелектрики: наприклад, одновісні кристали, для яких характерне подвійне променезаломлення при всіх напрямках падаючого світла, крім одного. До дослідження підключилися фізики з Бірмінгема, і незабаром їм удалося створити матеріал із кристалами нітриду кремнію на прозорій нанопористій підкладці оксиду кремнію. Виконавши в кристалах отвори нанометрового діаметра, вчені отримали гладке оптичне дзеркало, яке здатне приховувати об'єкти у видимому діапазоні.

Унікальний матеріал під назвою Quantum Stealth працює без камер, батарей, ламп та дзеркал, мало важить і, за словами розробників із компанії Hyperstealth, коштує недорого. Тим не менш, купити унікальну тканину поки не можна, адже спочатку вона була призначена для канадської, американської та британської армії. Військові та представники груп швидкого реагування почали тестувати Quantum Stealth у 2012 році. У квітні 2014 року Hyperstealth оголосила про запуск комерційного варіанту свого плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, який має з'явитися у продажу вже цього року.

Гардероб із кальмарів

Здатність каракатиць, кальмарів та восьминогів ставати невидимими у воді дозволила вченим з Університету Каліфорнії та Університету Дьюка створити «плащ-невидимку» для морських піхотинців. Втім, він не зробить їх у буквальному значенні невидимими, але дозволить геніально маскуватися на тлі навколишньої місцевості, буквально розчиняючись у пейзажі.

Фахівці використовували білок зі шкіри кальмара лонгфін (Loligo pealeii) під назвою рефлектин, здатний підлаштовуватись під світло з різною довжиною хвилі. Вони виявили, що у тканинах чергуються шари клітин із високим і низьким показником заломлення. Скорочуючи та збільшуючи відстань між шарами, кальмар «відбиває» світло різного діапазону та змінює колір.

Щоб відтворити цю здатність, вчені помістили шар цього білка на оксид-графенову та діоксид-силіконову плівку. Поперемінно обробляючи матеріал водяною парою та розчином кислоти, вони змогли змусити шар білка розширюватися та опадати, змінюючи колір. Це лише перший етап роботи, але немає сумнівів, що поява унікальної новинки – лише питання часу.

Щит із радіохвиль

Світлові промені та радіохвилі мають ту саму природу - це електромагнітні коливання. Різниця полягає лише у довжині хвилі. У видимого світла вона вимірюється частками міліметра, а радіохвилі можуть бути за кілька кілометрів завдовжки. Від довжини хвилі залежить і деякі фізичні якості. Наприклад, світло за звичайних умов може огинати тільки перешкоди, які можна порівняти з довжиною хвилі. Середні хвилі можуть огинати людське тіло, будинки та інші об'єкти. А довгі хвилі можуть обійти навіть земну кулю.

Однак промінь світла, поєднаний з радіохвильою, переймає частину її властивостей і теж починає огинати перешкоди. В історії відомо багато випадків зіткнення літаків із радіопередаючими вежами. Як правило, причина полягає саме в цьому ефекті: при певній довжині хвилі деталі вежі втрачають візуальну чіткість. Льотчики скаржилися, що антени були видно, або мали розмиті контури.

Щоб досягти такого ефекту для людини, потрібно точно розрахувати довжину радіохвилі в залежності від розміру об'єкта. Досвідченим шляхом була виведена закономірність, згідно з якою світлові промені вільно огинають людське тіло, якщо воно саме випромінює потік радіохвиль із частотою 1456 кілогерц (+-5%). Будь-який грамотний радіоаматор може стати невидимим за допомогою джерела живлення 1.5, котушки індуктивності, конденсатора і клем, що кріпляться до тіла.

Пристрій випробовувався на багатьох людях з незмінним успіхом, проте незабаром з'ясувалося, що невидимість пробуджує в людях не самі кращі якості. Наприклад, Стів Р. з Бостона безкоштовно злітав до Європи, проникнувши невидимим у літак «Брітіш Аїруейз». Якийсь Марк А. взагалі не придумав нічого кращого, ніж викрасти портативний DVD плеєр з магазину, а через тиждень був заарештований при спробі продати його. Мимоволі згадується супергеройська мудрість: «Велика сила – велика відповідальність»…

Казка часто стає буллю. Килими-літаки, чарівні блюдця, в яких відбивається далека реальність, чоботи-скороходи та багато інших вигадок стали цілком повсякденною реальністю. Тепер на черзі шапка-невидимка. Принаймні американський журнал "Наука" опублікував статтю, в якій викладено основні принципи дії практично ідеального засобу маскування.

Проблеми невидимості

Проблемою оптичної скритності об'єктів займаються вчені кафедри матеріалознавства Національної лабораторії імені Лоуренса університету Берклі. Керує роботами м-р Сян Чжан. Загальна ідея полягає в тому, щоб змусити світло огинати якийсь об'єкт. Подібні розробки вже проводилися в минулому, але успіху не дали через те, що попередні спроби могли відхиляти промені у вузькому кутовому діапазоні. Повної оптичної проникності або її ілюзії досягти поки що так і не вдалося. Спотворення картини дозволяє проводити локацію об'єкта (тобто його візуальне виявлення). Проблему представляла і недостатня гнучкість поверхонь, що маскують. Усіх цих недоліків позбавлений ультратонкий матеріал, розроблений Берклі. «Плащ», винайдений у Національній лабораторії імені Лоуренса, гнучкий, але поки що занадто дорогий.

Принцип дії

Роль казкарів у час грають кінематографісти. У фільмі «Хижак», Чужий (антагоністичний персонаж) використовує маскувальний пристрій для того, щоб потай наближатися до своїх жертв. Ефект далекий від досконалості: прибульця видають спотворення світла. Він не прозорий (хоча виявити ворога не так легко), на його місці спостерігається якесь марево. Реальність перевершила найсміливіші режисерські мрії. "Плащ", винайдений у Національній лабораторії імені Лоуренса, робить об'єкт по-справжньому невидимим.

Принцип дії полягає в тому, що безліч мікроскопічних дзеркал автоматично розвертаються у напрямку джерела світла. Приблизно так само працює «столик для голови, що говорить». Фокусник, оточений знизу дзеркалами, залишається невидимим для глядача за винятком частини тіла, що височіє над ними. В умовах складності рельєфу і форми об'єкта, що приховується, домогтися такого ефекту дуже складно. Але все ж таки можливо.

Технічні характеристики

Відомо, що «плащ-невидимка» покритий шаром фториду магнію, на який нанесений візерунок з крихітних золотих цеглинок-антен завтовшки 30 нанометрів. Це дуже тонка плівка, у багато разів тонша за волосся. Загальна товщина разом із підкладкою становить 50 нанометрів. «Цеглики» представлені в шести різних розмірах, в межах від 30 до 220 нанометрів завдовжки і від 90 до 175 нм завширшки. Завдяки цим мікроантенам існує можливість повертати дзеркальні поверхні перпендикулярно до напрямку світла і повністю його розсіювати. У цьому враховується і частота, і фаза випромінювання, - щодо початкового параметра вони повернуті на 180 градусів, що дозволяє повністю його компенсувати.

При правильному налаштуванні поверхонь полірованих золотих площин можна надати відбитому світлу будь-якого ефекту. Він може зображати тло об'єкта (наприклад, підлогу) або щось інше. Якщо плащ-невидимка буде досить великим, теоретично їм можна накрити будь-що. Наприклад, танк буде схожим на велосипед. Або його взагалі не видно.

Практичні перспективи

Дослідження проводилися у світловому діапазоні із довжиною хвилі 730 нм (ближня інфрачервона область спектру). Спостерігалося практично ідеальне відображення. Це наукове досягнення вражає і наводить на думці про новий виток гонки озброєнь. Однак думати про невидимі танки, ракети, літаки та інші зразки смертоносної техніки поки що зарано. Справа в тому, що експерименти проводилися з деяким об'єктом складної просторової конфігурації, величиною 36 мкм в апроксимованому діаметрі. Якщо у дюймах, то це приблизно одна тисячна. У міліметрах ... загалом, звичайна піщинка, тільки дуже маленька. Саме її обернули таємничим «плащем-невидимкою». Наука замовчує, в яку суму обійшлося зробити її оптично прозорою.

Втім, колись і цей винахід може отримати практичне застосування. Наприклад, екрани кінотеатрів в даний час повинні бути ідеально рівними, а у разі застосування «розумних кристалів-мікроантенок» ця вимога виявиться непотрібною, і зображення можна буде проектувати на будь-які криволінійні поверхні без спотворень.

У Мережі з'явилося дивовижне відео, на якому китайський винахідник демонструє свій витвір - плащ-невидимка. Раніше ми розповідали, чому мусульманам та іудеям, передає сайт.

Плащ-невидимка викликав бурхливі суперечки у соцмережах

Квантовий плащ створений із прозорого матеріалу, здатного відбивати світло.

Ролик переглянули понад 20 мільйонів людей, кілька тисяч з яких залишили свої коментарі. У той час як одні шоковані таким винаходом, інші впевнені, що це завдяки спецефектам.

Так, співробітник компанії Quantum Video упевнений, що плащ-невидимка не існує, а для зйомок цього відео використовувалася звичайна зелена тканина, яку за допомогою певної програми відредагували. Подібним часто користуються під час зйомок бойовиків та фантастики.

Однак заступник начальника Департаменту карного розшуку Чень Шик'ю радий такому винаходу, зазначаючи, що плащ-невидимка допоможе армії, оскільки солдата в ньому не тільки не бачитиме супротивник вдень, а й у приладі нічного бачення. Єдине, що хвилює чиновника - що буде, якщо винахід потрапить до рук ворогів.

Журналіст ДжоІнфоМедіа Анна Аш нагадує, раніше ми розповідали, про відомі сімейства, над якими . Які прокльони тяжіли над сильними світу цього? Хто прокляв Романових, Кеннеді і багатьох інших? У якому віці і чого вони помирали?