XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Необычное в обычном. Радуга
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Мир окружающей нас природы просто кишит разными тайнами и загадками. Учёные столетиями ищут ответы и пытаются объяснить порой необъяснимые факты. Радуга на небе – это красивое природное явление, знакомое с детства каждому и похожа на настоящую магию. Она такая красивая и волшебная в небе после дождя, когда выглядывает солнце, что заставляет чувствовать себя счастливым. Какое еще из природных явлений может сравниться по красоте с радугой? Возможно, полярное сияние, вот только его видели совсем не много человек. А радугу, которая появляется сразу после дождя, видели все.
Любой человек за всю свою жизнь видел по крайней мере десятки, если не сотни, радуг. Появившись на небосводе, она приковывает внимание. Она настолько красивая, что ее часто можно встретить на страницах сказок и мифов, ее изучают на уроках физики в школе. В древней мифологии радугу называли «божьей дугой», мостом, соединяющим дома смертных и богов.
Какое же это разноцветное чудо природы? Всё ли мы знаем про радугу? Почему она разноцветная? Можно ли наблюдать эту красоту дома? В какое время года бывает радуга? Эти вопросы заинтересовали меня.
Актуальность работы заключается в том, что не многие могут объяснить появление радуги. Ведь если нарушится хотя бы одно звено в природе, то мы никогда не увидим этой красоты. Вообще удивительно, казалось бы, свет и вода, а получается такая вот красота...
Цель: Выяснить при каких условиях появляется природное явление – радуга и используя эти знания самостоятельно получить радугу с помощью искусственного источника света и стеклянных шариков.
Задачи:
Собрать информацию, раскрывающую тайну возникновения природного явления –радуга
Узнать и объяснить, как и почему появляется радуга, а также выяснить условия ее возникновения
Провести тестирование среди учащихся
Провести ряд экспериментов для получения радуги в домашних условиях
Систематизировать полученный результат
Объект исследования:природное явление радуга
Предмет исследования: происхождение радуги
Гипотеза: Можно ли получить радугу, если заменить солнечные лучи искусственным источником света, а воду – стеклом.
Методы исследования: анализ материалов печатных источников по изучаемой теме, наблюдение, анкетирование учащихся, опыты с целью получения радуги; анализ, обобщение и систематизация результатов.
Практическая значимость состоит в возможности применения данных материалов в ходе проведения уроков, внеклассных мероприятий с учащимися начальных классов. Разработка краткого объяснения для школьников.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Теоретическое исследование природного явления – радуга
1.1 Общее представление о природном явлении – радуга и
условия её возникновения
Удивительные эффекты физики света можно увидеть в нашем мире, везде, куда ни посмотри, иногда в самых обычных и привычных проявлениях, а порой в виде красивейших явлений природы. Радуга – это фантастическое, чудесное явление. Она встречается повсюду. Возникает это явление вследствие преломления лучей света в каплях воды, и все это исключительно во время дождя. То есть, радуга - это всего лишь игра света. Но какая красивая игра, надо сказать!
Многие ученые пытались объяснить происхождение радуг как минимум на протяжении тысячи лет, первое по-настоящему убедительное объяснение предложил Исаак Ньютон. Ньютон понял сразу несколько моментов, каждый из которых играет важную роль в создании радуг. (Приложение 1)
Во-первых, он продемонстрировал, что обычный солнечный свет, который мы видим, как белый или бесцветный, на самом деле состоит из разных цветов. Когда лучи солнечного света проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Но когда на их пути встречается дождевая капля (она по форме близка к призме), и солнечный свет проходит через неё, составляющие его лучи разделяются на 7 цветов. Он считал, что всё в мире подчиняется простым математическим законам и, поэтому решил, что цветов в радуге должно быть именно семь – как семь дней в недели, или семь музыкальных нот. Такое разделение оказалось удобным, хотя сразу запомнить все цвета, да еще и в правильном порядке, не всем легко.
Чтобы запомнить последовательность цветов в радуге есть специальныепростыефразы - в них первые буквы соответствуют первым буквам названий цветов: 1. Как Однажды Жак -Звонарь Головой Сломал Фонарь. 2. Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.
Он также определил, что преломлять свет могут прозрачные материалы, в том числе вода. Ньютон пришел к заключению, что радуга в небе — это результат взаимодействия между солнцем, множеством дождевых капель и нашими глазами, которые должны смотреть на эти капли строго под прямым углом.
Чтобы понять, как получается радуга, следует разобраться, что происходит, когда свет проникает в дождевую каплю. Когда луч света из воздуха проникает в каплю дождя, то он немного поворачивает. Кажется, будто на границе воды и воздуха прямая линия переломилась и дальше луч уходит в другом направлении. Это явление называется преломлением света. (Приложение 2). После этого, он раскладывается на составляющие его цвета. Дальше разноцветные лучи продолжают свой путь в дождевой капле, как внутри прозрачного шарика, пока не попадут на противоположную сторону. Совершив весь путь туда и обратно сквозь каплю, белый солнечный свет окончательно превращается в цветной. Причем каждый цвет преломляется по-разному: красный - меньше всего отклоняется от своего первоначального направления, а больше всего - фиолетовый. Исходя из этого, следует, что как только солнечный свет попадает в каплю, каждый цветной луч поворачивает в своем направлении и расходятся веером. Именно поэтому наружный край дуги обычно красный, а внутренний – фиолетовый. Посередине располагаются остальные цвета - оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий. Так возникает точный порядок разделения цветов, которые соблюдают все радуги на свете. (Приложение 3)
Однако, радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована множеством капель. Поэтому, если солнечного света достаточно, как и количества дождевых капель, это сотрудничество света и капель будет эффективным и только тогда можно будет увидеть в небе красочную дугу.
Интересно, что два человека, стоящие рядом и наблюдающие радугу, видят ее каждый по-своему! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее. Поэтому и дойти до неё не получится, как ни старайся. Даже если прибежать к месту, куда упирается один конец радуги, оттуда будут видны уже другие лучи, выходящие из других капель. Радуга движется, но не сама по себе, а вместе с тем, кто на нее смотрит.
Стоит отметить, что на самом деле дуга является лишь частью разноцветной окружности. Поскольку наблюдатель находится на поверхности земли, он видит только часть окружности — дугу. Если же наблюдателя поднять над землей, например, на воздушном шаре или самолете, то при определённых обстоятельствах он сможет увидеть радугу в форме полной окружности. (Приложение 4)
Иногда радуги появляются вместе. Помимо главной и яркой, рядом появляется вторая радуга. Её образуют лучи, долетающие до глаз наблюдателя из другой части дождевого облака. Здесь они отражаются в капле не один, а два раза. Эти лучи создают вторую радужную дугу. Увидеть ее – большая редкость.
Но существуют и другие необычные радуги. Одни появляются ночью, под ярким белым светом Луны. Другие возникают без дождя, в утреннем тумане или в дымке над бурными волнами в море. Везде, где есть облака с мелкими капельками воды, которые могут преломлять белый свет и разбивать его на отдельные цветные лучи. Значит, радугу можно увидеть практически в любое время суток.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Экспериментальное исследование получения радуги
Мое исследование состояло из двух этапов.
На первом этапе были разработаны тесты и проведено тестирование с целью определения уровня знаний школьников о природном явлении – радуга.
Исследование проводилось на базе МБОУ «Средняя образовательная школа №45
им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова» г. Калуга в 3-м классе. Всего в анкетировании приняло участие 27 учащихся.
Для решения данных задач был разработан и проведен тест, который состоял из 7 вопросов. В данном тестировании были вопросы, направленные на понимание обучающимися термина «радуга», её форма, правильное расположение основных цветов радуги, а, также, условий её возникновения. На основе этих ответов и был сделан вывод об уровне знаний у обучающихся.
Тест составлен на основе учебных пособий и литературы.
В результате обработки данных были получены следующие результаты. Все опрошенные учащиеся 100% знают, что в радуге 7 основных цветов, из них 95% смогли перечислить и расставить цвета в нужном порядке. 67% учащихся знают, что для появления радуги нужны капельки воды и солнечный свет. И только 10% знают, что солнце должно быть сзади человека, чтобы можно было увидеть радугу. 25% знают, что радугу можно увидеть в виде круга только очень высоко в небе. И 70% знают, что красная дуга радуги самая длинная. (Приложение 5)
Проанализировав ответы учащихся и, сопоставив их с тем, что я узнала о радуге, пришла к выводу, что нужно рассказать учащимся об удивительном явлении природы – радуга. Для этого я подготовила доклад, с которым выступила на уроке.
Вторым этапом, для проверки своих предположений я провела несколько экспериментов по созданию радуги самостоятельно, используя искусственный источник света.
Эксперимент 1
Цель: получение радуги в солнечный день при помощи садового и пожарного шланга
Итак, я решила сама создать радугу в своем саду с помощью обычного садового шланга. Я встала спиной к солнцу, когда оно было высоко в небе, направила шланг на землю и начала распыление, чтобы капли получались достаточно маленькими. Перемещая шланг по кругу, я увидела, часть за частью, целый круг радуги. Точно, также я повторила опыт с использованием пожарного шланга. (Приложение 6)
Вывод: Солнечные лучи преломились в каплях воды создав радугу. В пасмурную погоду достигнуть явления радуги значительно сложнее.
Эксперимент 2
Цель: получение радуги в домашних условиях при помощи фонарика, зеркальца и емкости с водой.
Для проведения данного исследования я положила зеркало в емкость с водой, прислонив к ее краю. Посветила на его подводную часть фонариком и немного подвигала, пока на стене не появилась радуга. Чтобы радуга была ярче, опыт я проводила в темной комнате. В результате на стене появилось отражение всех цветов радуги, мы смогли получить радугу в «домашних» условиях. (Приложение 7)
Вывод: Емкость с водой и зеркалом действует как огромная капля. Белый свет летит через нее туда, а потом обратно, преломляется и разделяется. Наружу свет выходит уже отдельными цветами.
Эксперимент 3
Цель: получение радуги в домашних условиях при помощи фонаря и стеклянных сферических шариков.
Для проведения данного эксперимента мне потребовалось лишь лист черного картона, прозрачный клей и прозрачные стеклянные сферические шарики. Я приклеила прозрачные стеклянные шарики на лист черного картона и прикрепила его к стене. С помощью фонаря, я направила луч света на этот лист из задней части комнаты. Потом, я встала так, чтобы источник света находился позади меня, а тень моей головы в центре черного картона с шариками. В результате, я увидела радугу, окружающую мою тень. Также я положила черный лист с шариками на стол и направила луч света на него. В результате я увидела радугу. (Приложение 8)
Вывод: Луч света может проходить только через прозрачные вещи, такие как стекло, вода или воздух. Зная все условия появления радуги, можно самому ее создать, заменив солнечный свет – искусственным, а капельки воды на стеклянные шарики. В результате я получила стеклянную радугу.
Проведя эксперименты, я убедилась, как много удивительного и поучительного может заключаться, в хорошо знакомом природном явлении – радуга. Для ее получения в домашних условиях существует множество способов и методик. В своей экспериментальной части я описала несколько установок, с помощью которых действительно можно получить радугу, используя искусственный свет и стеклянные шарики. Полученные результаты при исследовании могут быть интересны и полезны для школьников.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во время работы над проектом я поняла, что радуга является одним из самых красивейших явлений природы: как появляется радуга и почему она разноцветная, определила, какая существует связь между дождём, солнцем и появлением радуги, что радуга может быть одной дугой, а может быть двойная. Из истории изучения радуги я выяснила, что многие пытались объяснить природу этого явления, но полно это явление раскрыл Исаак Ньютон. Радуга – это дуга, которая «разложена» на семь цветов – спектр. Интересно расположение цветов в радуге. Оно всегда постоянно. Красный цвет главной радуги расположен на её верхнем крае, фиолетовый – на нижнем крае. Между этими крайними цветами следуют друг за другом остальные цвета в такой же последовательности, как в солнечном спектре. С увеличением размеров капель дождя происходит сужение цветных полос радуги, сами же цвета становятся более насыщенными.
Я провела свое исследование и практически подтвердили свои знания, о том, как появляется радуга. Чтобы увидеть радугу, нужно соблюсти три условия. Во-первых, солнце должно быть позади вас. Во-вторых, в небе перед вами должны быть дождевые капли. В-третьих, солнечный свет должен достигать этих капель без каких-либо препятствий, например, облаков. Однако, радуга наблюдается не только на пелене дождя. В меньших масштабах её можно увидеть на каплях воды у водопадов и фонтанов.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные материалы могут быть интересны и полезны, а также использованы при проведении уроков и занятий по ознакомлению с окружающим миром и явлениями, происходящими в окружающем мире.
В целом поставленная цель об изучении такого природного явления как радуга, в итоге достигнута. Я провела эксперименты и доказала, что эффект радуги можно получить у себя дома и в любое время года любоваться этим красивым явлением, которое всё ещё хранит много загадок. Вместо солнечного луча может быть использован искусственный источник света, а вместо капель воды – стеклянные шарики.
Раньше я и не подозревала в чём причина появления радуги, почему её цвета располагаются в определённом порядке. Теперь, увидев радугу, я могу не только любоваться этим красивым явлением, а самое главное, я могу объяснить причину его возникновения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Болушевский С.В., Яковлева М., Проневский А.Г.: Большая книга опытов с природными явлениями – Москва: Эксмо, 2018. – 240 с.
Булат, В. Л.: Оптические явления в природе / В. Л. Булат. — Москва: Просвещение, 1974 — 143 с.
Качур Е.: Увлекательная физика – Манн, Иванов и Фербер, 2019 – 80с.
Колин Стюард: Физика. Звук, свет и космос.- Москва: АВАНТА, 2020 – 80с.
Миннарт, М.: Свет и цвет в природе / М. Миннарт. — Москва: Наука, 1969 — 344с.
Перельман Я.И.: Занимательная физика – СЗКЭО, 2019 – 208с.
Пермяк Е.: Волшебная радуга - Изд. Эксмо, 2008
Тарасов Л. В.: Физика в природе: кн. для учащихся / Л. В. Тарасов. — Москва: Мнемозина, 2013 — 384 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1:
Приложение 2:
Приложение 3:
Приложение 4:
Приложение 5:
Приложение 6:
Приложение 7:
Приложение 8: