Презентация по математике на тему 21 век. Невидимка

Выполнила: Асланбекова Марьям, ученица 9 А класса МБОУ «СОШ №50» г. Грозного. Научный руководитель: Асланбекова Лида Сайдаровна, учитель математики МБОУ «СОШ №50» г. Грозного.Научно-исследовательская работа по физике21 век. Невидимка «Исследование создает новое знание». Нил  Армстронг Введение Не секрет, что сочиняя сказки, наши предки, сами того не подозревая, за десятки и даже сотни лет предсказывали многие великие изобретения человечества. Однако буквально ещё вчера вряд ли кто-то мог себе представить, что один из самых популярных сказочных предметов – «шапка-невидимка», через какое-то время может стать вполне осязаемой реальностью. Название «плащ-невидимка» наводит на мысли о сказочных приключениях, волшебной слежке и таинственных хитростях. Для тех, кто в глубине души верит в подобные сказки, наука приготовила приятную новость: «плащи-невидимки» – уже не миф!!! Оптическая маскировка предоставляет такие же возможности, как и плащ-невидимка Гарри Поттера, но, правда, требует немного более сложных средств для своей реализации. Она работает не благодаря магии. Она является типом технологии расширенной реальности. Актуальность работы Многие мои друзья и одноклассники, к сожалению, даже, не слышали о таком прорыве ученых в столь важной для медицины и военной отрасли проблеме, а в Интернете об этом пишут мало и непонятно. Таким образом, я заинтересовалась этой темой. Считаю, что исследований, по изучению этой темы недостаточно. Так как практически каждый год я принимаю участие в научно-практической конференции, я заметила, что специальных исследований, посвященных изучению этой темы тоже нет. Поэтому считаю свой проект актуальным. Объект исследования: Невидимость. Невидимость - невозможность по каким-либо причинам полностью или частично регистрировать объект в произвольном диапазоне электромагнитных волн. Предмет исследования: Метаматериалы. Выдвижение гипотезы Неужели прорыв в области метаматериалов может привести к созданию плаща-невидимки, работающего во всем диапазоне видимого света! Возможность создания невидимки показалась мне настолько фантастической, что я решила узнать об этом больше и поделиться со своими сверстниками. Таким образом, ко мне пришла идея о создании этого проекта. Гипотеза: Возможно ли добиться 100%-ой невидимости в будущем? Цели проекта Узнать тайну Невидимки и почувствовать себя Волшебницей.Привлечь внимание друзей и учащихся нашей школы к проблеме. Задачи проекта Узнать историю развития данной темы.Провести социологический опрос среди учащихся СОШ №50.Изучить аэродинамическую задачу Ньютона.Исследовать дальнейшее развитие проблемы в современных условиях.Обобщить материал. Создать информационный продукт в виде презентации. История Невидимки В 17в. в «Математических началах натуральной философии» (“Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”) Исаак Ньютон изучает задачу о движении различных тел в «редкой среде, состоящей из равных частиц, свободно расположенных в равных друг от друга расстояниях», при столкновении с телом отлетающих абсолютно упруго. Впоследствии эта задача получила название «аэродинамическая задача Ньютона». 28 апреля 1686 г первый том «Математических начал» был представлен Королевскому обществу. Онлайн - Анкета На сайте я разместила анкету «Вопросы о Невидимке», на которую ребята могут ответить по ссылке: http://anketolog.ru/survey/manage/preview/115510. Социологический опрос1. Читали - ли Вы фантастический роман Герберта Уэллса «Человек-невидимка»?Да 25%Нет 75% Социологический опрос2. Есть ли в математике до конца не исследованные вопросы?Да-20%Нет-15% Скорее да, чем нет- 45%Скорее нет, чем да- 20% Социологический опрос3. Как Вы думаете, могут ли фантастические научные идеи претворяться в жизнь?Невозможно в принципе- 15%Возможно, но весьма затруднительно- 60%Вполне возможно- 25% Социологический опрос4. Знаете ли Вы о существовании метаматериалов? Да, хорошо знаю- 0%Знаю в общих чертах- 5%Знаю не очень хорошо- 15%Нет, не знаю- 80% Социологический опрос 5. Как Вы считаете, возможно ли создание Невидимки? Возможно- 10% Возможно, но чрезвычайно трудно- 80% Невозможно- 10% Анализ анкетирования Судя по результатам анкетирования, многие дети практически не посвящены в вопросы, касающиеся невидимости. Порадовали ответы оптимистичных и заинтересованных ребят. Это дает мне стимул для дальнейших исследований. Аэродинамическая задача Ньютона Ньютон рассмотрел задачу о нахождении формы тела, при которой сила сопротивления движению тела в среде минимальна, в классе выпуклых тел. Первые два тела, которые он рассматривает,- шар и цилиндр. Какое из этих тел будет иметь меньшее сопротивление? Геометрическими методами Ньютон показывает, что у шара сопротивление разреженной среды будет в два раза меньше. Далее Ньютон переходит к рассмотрению конусов вращения. Если посчитать, то наименьшее сопротивление будет в том случае, когда угол между основанием и образующей будет равен 135°. Т. е. шарик после соударения будет отлетать строго горизонтально. Задача Ньютона для невыпуклых тел Со времён Исаака Ньютона, более 300 лет учёные рассматривали аэродинамическую задачу в редкой среде в той постановке, что была им сформулирована - найти выпуклое тело вращения. Лишь в XXI веке математики отказались от условия выпуклости, и это привело к удивительным результатам! Действительно, если выемка не слишком глубокая, то после соударения шарик отскочит по наклонной и больше не ударится о тело. А бывают ли тела совсем без сопротивления? Оказывается, бывают и такие! Конструкция основана на треугольнике с углами 30, 30 и 120 градусов. Если построить конструкцию из зеркальных треугольников и провращать плоскую конструкцию вокруг оси симметрии, то получим тело, которое снаружи-цилиндр. Такая конструкция не отклоняет лучи, которые попадают в цилиндр параллельно оси его симметрии. А значит, если отойти достаточно далеко и посмотреть вдоль оси, он будет почти невидим. Патриарх невидимости Виктор Веселаго Виктор Веселаго еще 45 лет назад научно доказал возможность существования метаматериалов, которые в особых условиях могут делать невидимой определенную область пространства. Метаматериалы Впервые советский ученый Виктор Веселаго выдвинул гипотезу о существовании материалов с отрицательным показателем преломления. Однако у всех известных веществ показатель преломления положителен: за несколько лет поисков Веселаго не нашел ни одного материала с подходящими электромагнитными свойствами, и его гипотеза была забыта. О ней вспомнили лишь в начале XXI в. Структура метаматериалов Куб метаматериала представляет собой трехмерную матрицу, образованную медными проводниками и кольцами с разрезом. Микроволны с частотами около 10 ГГц ведут себя в таком кубе необычно, потому что для них куб имеет отрицательный показатель преломления. Показать, как это происходит в экспериментальных условиях, удалось лишь в 2000 году в США. Американский исследователь Дэвид Смит практически доказал, что невидимость - не миф. Опираясь на разработки профессора Веселаго, он создал первый в мире метаматериал в микроволновом диапазоне. Принцип работы ученые объясняют на примере ручья, обтекающего камень. Подобно воде, микроволны в этом эксперименте обходят вокруг предмета, не изменив своей формы. Шаг решетки — 2,68 мм, или около 0,1 дюйма. Метаматериалы и "световой компьютер" Математики выяснили, что свойства метаматериалов можно изменить так, что набор из нескольких разных кусочков таких соединений сможет производить сложные математические операции с одиночными лучами света..Группа ученых под руководством Александра Силвы из университета Пенсильвании в Филадельфии (США) выяснила, что аналоговые «световые компьютеры» будут лишены большинства подобных проблем. Невидимость и нанотехнологии Ключом к невидимости может стать развитие нанотехнологий, т.е. способности манипулировать структурами атомных (около одной миллиардной части метра) размеров. В 1981 г. произошел прорыв - изобрели сканирующий туннельный микроскоп. Сканирующий туннельный микроскоп дал возможность манипулировать отдельными атомами. Ученые перестали быть слепцами в мире отдельных атомов; они получили возможность видеть атомы и работать с ними. Голограммы и невидимость Голограмма — это трехмерное изображение, созданное лазерами. Наблюдатель увидит перед собой голографический экран с изображением всего, что на самом деле находится впереди, за исключением человека. Выглядеть будет так, как будто человек просто пропал. На его месте окажется точное трехмерное изображение фона. Голограммы и невидимость Существует еще один способ сделать человека отчасти невидимым. Если сфотографировать вид позади него и затем спроектировать это изображение на одежду человека, то покажется, что человек стал прозрачным и свет каким-то образом проходит сквозь его тело. Этим процессом занялся Наоки Каваками профессор Токийского университета. Он говорит: «Эту технологию можно было бы использовать, чтобы помочь пилотам увидеть посадочную полосу сквозь пол кабины или водителям осмотреться при парковке автомобиля». Взгляд в будущее Волшебство метаматериалов и магию отрицательного преломления все-таки необходимо «конвертировать» в прикладную технологию. Такой шаг потребует совершенствования конструкции метаматериалов и производства их по разумной цене. Продвижение в исследовании метаматериалов в будущем будет ускоряться по той простой причине, что уже сейчас интерес к ним очень велик. Уже сегодня в разработку технологии вкладываются сотни миллионов долларов. Плащ Гарри Поттера был сшит из тонкой мягкой ткани и при этом делал любого, кто завернется в него, невидимым. Скорее всего, плащ-невидимка, по крайней мере поначалу, будет представлять собой твердый цилиндр из метаматериала. У щита невидимости есть один недостаток, на который уже неоднократно указывали: тот, кто находится внутри, не сможет выглянуть наружу, не став при этом видимым. Популяризатор математики Яков Перельман сказал автору романа «Человек- невидимка» о том, что у человека - невидимки глаза тоже должны быть невидимы и сам видеть такой человек не смог бы. Бесспорно, препятствия на пути к невидимости очень серьезны, но ученые и инженеры настроены оптимистично и считают, что щит невидимости того или иного рода может быть создан в течение нескольких ближайших десятилетий. Значение невидимки Значение этого изобретения нельзя недооценивать, поскольку в будущем учёные надеются создать материал, который будет невидим не только в микроволновом спектре, но и в обычном свете. Интересно отметить, что эта «высокая математика» уже давно используется в медицине — при диагностике новообразований. Значение невидимки Дальше - больше. Проведенный учеными математический анализ показал, что «спрятать» можно не только пассивный объект, но и, например портативную радиостанцию! Для современной ситуации даже приблизительная невидимость в радио - и оптическом диапазоне может кардинальным образом изменить многие отрасли человеческой деятельности. И первыми в этом списке наверняка станут военные технологии. Выводы Гипотеза подтвердилась: в будущем возможно создание 100%-ой невидимости. С учетом того, что наука с каждым годом продвигается вперед, учитывая громадные успехи, уже достигнутые на пути к невидимости мы можем смело полагать, что Невидимость того или иного рода может стать обыденной уже в ближайшие несколько десятилетий.Мы надеемся, что создание невидимости принесет мировой науке только пользу!!! Итак, к концу своего исследования, я пришла в следующим выводам:Учеными ведутся многолетние исследования в области невидимости тел.Изучение истории развития этой проблемы показало существующий прогресс в этом направлении. В будущем возможно создание абсолютной невидимости! Социологический опрос показал, что учащиеся плохо знакомы с исследованиями в области невидимости и метаматериалов, но есть много ребят, которые интересуются развитием современной науки.Исследовательская работа способствует личностному развитию, так как я узнала для себя много нового и интересного! Практическое применение работыМоя работа может быть: Интересна учащимся увлеченным физикой и математикой. Использована на факультативных занятиях по физике и математике. Применена в работе математического кружка в школе. Наглядным материалом на уроках для активации познавательного интереса к математике и физике Список литературыСобрание трудов академика А. Н. Крылова. Т. VII. М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1936. С. 422—433.А. Ю. Плахов. Рассеяние в биллиардах и задачи ньютоновской аэродинамики // Успехи математических наук. 2009. Т. 64. Выпуск 5 (389). С. 97—166.http://www.etudes.ru/ru/etudes/inviz/ © 2002-2014 Математические этюды.Интернет-ресурсы.http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=3YO4TTpYg7ghttp://razum.in.ua/searching/phisics_of_impossible/unvisibility.htmlhttp://elementy.ru/lib/430683?page_design=printИ. Ньютон. «Математические начала натуральной философии. Отдел VII: «О движении жидкостей и сопротивлении брошенных тел». http://www.etudes.ru/ru/etudes/inviz/.Нанотехнологии - изобретен "плащ-невидимка". dal-prom.ru/news/193/31-08-13-3 ПриложенияВизитная карточка.Анкета для социологического опроса.Словарь терминов.