XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Световые явления природы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность исследовательской работы заключается в том, что световые явления стали неотъемлемой частью жизни людей. Зарождение и развитие всего живого происходит под влиянием тепла и, конечно, света. Основной источник света для всей Земли – это Солнце. Земля получает от Солнца тепло. Тепло невидимо. Та часть излучения, которая видима глазом человека, называется видимым излучением. Именно это излучение рассматривается как световое явление. При этом далеко не многие взрослые знают о световых явлениях природы, их удивительных фактах влияния на человека. Я увлекся этой темой и хочу поделиться с вами своими знаниями.
Таким образом:
Объект исследования: солнечный свет
Предмет исследования:световые явления природы
Цель исследования:расширить представления о солнечном свете и световых явлениях природы.
Задачи исследования:
изучить литературу по данной теме;
расширить знания ровесников о световых явлениях природы;
провести исследование: знакомы ли дети и взрослые со световыми явлениями природы, их влиянием на человека;
оформить выставку детских рисунков «Световые явления природы»
Для решения поставленных задач были применены следующие методы исследования: беседа, опрос, наблюдение, изучение литературы, сбор и анализ информации.
Гипотеза: Мы предполагаем, что световые явления природы стали неотъемлемой частью жизни людей.
Практическая значимость работы заключается в том, что теоретические и практические материалы исследовательской работы могут быть использованы на уроках окружающего мира, внеклассных занятиях в школе.
Глава I. Солнце
В разных энциклопедиях мы нашли следующие определения Солнца:
Солнце - небесное светило - раскаленное плазменное тело шарообразной формы, вокруг которого обращается Земля и другие планеты.
Солнце - это обыкновенная звезда. Как и все звезды, оно представляет собой огромный светящий газовый шар, излучающий огромное количество света и тепла.
Солнце - источник тепла и света, без которого было бы невозможно возникновение и существование жизни на нашей планете.
С небесной высоты Солнце освещает и греет нас. Без этого гигантского огненного шара мы просто не могли бы существовать: наша планета замерзла бы за один день. По сравнению с Землей Солнце поистине огромно. Диаметр его в 109 раз больше Земли - 1390000 км.
Солнце — центр Солнечной системы, куда входят несколько планет, в том числе и наша, вращающихся вокруг Солнца.
Несмотря на то, что оно кажется твердым, на самом деле Солнце - скопление газов, находящихся в состоянии непрерывного горения и выделяющих огромное количество тепловой энергии.
В действительности Солнце действует как гигантский термоядерный реактор, взрываясь, как водородная бомба. Но взрыв не может распространяться в космос, так как удерживается в центре Солнца слоем газа.
Когда-то давным-давно древние обитатели Перу, инки, называли себя «детьми Солнца» и отправляли обряды, поклоняясь царю небесных светил. Разумеется, они ошибались, считая Солнце божеством, однако были правы в том, что без него жизнь на Земле оказалась бы невозможной. Если Солнце вдруг перестало бы светить, то почти мгновенно Земля превратилась бы в безжизненную пустыню. Дело в том, что до сих пор не существует единой теории происхождения звезд. Согласно одной из имеющихся гипотез, Солнце образовалось из скопления материи (космической пыли и газов) под действием сил притяжения. В соответствии с другой — оно, как и другие звезды, возникло из сверхплотных тел.
1.1. Влияние солнечного света на человека
Солнечный свет уничтожает определенные грибки и бактерии, которые поселяются в коже. Медицина взяла на вооружение эти свойства солнечного света. Другим медицинским аспектом является то, что под воздействием солнечного света белые кровяные клетки (фагоциты) становятся более активными. Эти клетки помогают в предотвращении болезней.
При попадании света на кожу в кровь поступают вещества, которые придают тонус мышцам. В мышцах создается напряжение, и они лучше работают. От солнечной энергии заряжается наша нервная система. Мы ощущаем бодрость и желание двигаться. Резонно, что наша энергия всегда находит выход, когда мы играем в мяч, занимаемся гимнастикой или плаваем.
Солнце также обладает специфическим эффектом — создает так называемые «солнечные витамины». Ультрафиолет превращает эргостерон — вещество, находящееся в коже, — в витамин D. Его-то и называют «солнечным витамином».
Можно сказать, что нахождение под солнечными лучами подобно приему лекарства по чайной ложке каждые пять минут. Но нельзя забывать, что это не безвредно с медицинской точки зрения! Мы должны внимательно относиться к солнечным ваннам, как того требует медицинское предписание. Солнечные ванны поднимают кровяное давление. Длительное пребывание на солнце может повредить людям, которых беспокоит сердце и легкие. Но на непродолжительное время подставить себя солнечным лучам может практически каждый. Если вы начали загорать, то рекомендуется открывать солнцу сначала 1/5 тела на 5 мин. На следующий день подвергните воздействию солнечных лучей еще 1/5 тела и увеличьте время пребывания на солнце еще на 5 мин. и т.д. Ваш врач может дать вам хорошую рекомендацию, как с выгодой и без риска для здоровья использовать солнечный свет. Именно солнечный свет основная причина долголетия старушек, часами просиживающих на скамейках у подъездов, и горных пастухов.
1.2. Использование человеком солнечной энергии
Солнце всегда обеспечивало Землю энергией. Освещая Землю, «дневная звезда» приносит нам свет, жизнь и тепло. Поэтому однажды люди задумались, а не использовать ли солнечный свет и тепловую энергию?
В настоящее время уже применяются солнечные батареи во время космических экспедиций. Эти батареи представляют собой механизмы, с помощью которых вырабатывается электричество с помощью действия солнечных лучей. Однако на Земле применение солнечной энергии еще очень незначительно. Так, в тропиках работают водяные насосы, использующие эту природную энергию. Их широкому распространению мешает высокая стоимость используемого оборудования.
Но человек использует и тепловое излучение Солнца. Для этого была создана специальная солнечная печка. Она отапливает здание с помощью нагревания воды. Сегодня эта система успешно используется в некоторых домах.
Глава II Северное сияние
Северное сияние — это свечение верхних слоёв атмосфер планеты. Это необыкновенно зрелищное световое шоу, организованное самой природой. Несомненно, северное сияние – завораживающее и чарующее зрелище. Северное сияние (более корректное название — полярное сияние) выглядит как прозрачные светящиеся облака, переливающиеся сине-зелеными огнями с розовыми и красными вкраплениями. Эти цветные ленты могут достигать до 160 километров в ширину, а в длину до 1600 километров. Северное сияние наблюдается на Земле, на высоте от 80 до 1 000 км.
2.1 Что думали наши предки про северное сияние
Издавна жители севера заметили такую особенность - во время долгой зимней полярной ночи, когда можно увидеть северное сияние, некоторые люди начинают странно себя вести. Они разговаривают с несуществующими собеседниками или полностью отрешаются от внешнего мира, могут передвигаться подобно лунатикам. Даже в древних мифах народов севера есть упоминание об этом феномене природы, которому исследователи дали имя - «зов предков». Услышав «зов предков» человек движется, не выбирая пути, а когда через некоторое время приходит в себя, то очень смутно помнит о том, что с ним происходило. Некоторые говорят о том, что, увидев северное сияние, они слышали звуки сказочной красоты и повиновались зову Полярной звезды, приглашающей их посетить древнюю Землю предков.
Согласно древней саамской легенде, это полярная лиса взметает своим пушистым хвостом волшебные снежные искорки, пробегая по сопкам Лапландии. Финское название северного сияния, слово “revontulet”, означающее в переводе на русский “лисьи огни”, берет свое начало именно в этой легенде.
В древних мифах народов севера, распространённых среди эскимосов, говорится о том, что северное сияние вызвано духами, которые играют черепом моржа в небесный футбол. Существует мнение, что для того, чтобы увидеть северное сияние нужно посвистеть, а хлопок в ладоши заставляет его погаснуть.
В норвежской мифологии северное сияние является предвестником плохой погоды - жители отметили, что за этим феноменом природы следуют ветер и снег. В других мифах народов севера говорится о том, что полярное сияние - это танец, исполняемый душами умерших дев.
Но не все народы считали, что наблюдать северное сияние - к несчастью, викинги отождествляли этот феномен природы со светлым богом Одином, ведь при желании в полярном свечении можно разглядеть его бороду, острый меч и растрёпанный балахон.
Племена индейцев, живущих в северной Америке, полагают, что северное сияние - это свет от фонарей, которые несут с собой духи, разыскивающие души умерших охотников. Другие племена ощущают этот феномен природы как свет огней, вызванный всесильными северными шаманами.
2.2 Научное обоснование этого явления.
Многие учёные задавались этим вопросом, но первым нашёл ответ Михаил Ломоносов в 1751 году. Путём проведения многочисленных опытов, он решил, что сияние имеет электрическую природу. Независимо от него и почти одновременно с ним пришли к такому же выводу Ж. Кэнтон в Англии и Б. Франклин в Америке. Но откуда берётся ток в атмосфере?
Причиной возникновения северного сияния являются процессы, происходящие на Солнце. Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы соприкасаются с магнитным полем. Силовые линии магнитного поля Земли сходятся у Северного и Южного полюсов Земли. Прилетевшие к нам от Солнца заряженные частицы, засасываются магнитным полем. Эти притянутые частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля, в виде длинных «лучей». И вот, заряженные частицы как бы затаскиваются в атмосферу вблизи полюсов. Атмосфера Земли состоит преимущественно из азота и кислорода. Когда выброшенные Солнцем электроны и протоны достигают нашей атмосферы, они сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые атомы теряют часть своих электронов, другие — «возбуждаются», получая дополнительную энергию. Когда атом «успокаивается», он испускает световой фотон. При столкновении атомы азота обычно теряют электроны, при этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота обошлась без потери электрона, происходит испускание лучей красной части спектра. Молекулы кислорода при столкновении с солнечным ветром электроны никогда не теряют. Молекула возбуждается, а после испускает кванты зеленого и красного света. Так и образуется северное сияние.
2.3. Воздействие северного сияния на человека
Северному сиянию с давних пор приписывают люди разные волшебные и загадочные свойства. Жители русского Севера сохранили поверье, по которому северные сияния, видимые на берегах Ледовитого океана, издают резкие звуки, вроде выстрелов.
И вот, ученые из финского Университета смогли записать шум, сопровождающий это явление. Установив три микрофона в тех местах, где чаще всего звук северного сияния был слышен, исследователи смогли выяснить, что источник шума, вполне доступного человеческому слуху, находится всего в 70 метрах над поверхностью земли, а не в высоких слоях атмосферы, как предполагалось ранее. И звуки эти совершенно точно совпали с северным сиянием. Откуда берется звук – точно сказать нельзя. Но предполагается, что происходят они благодаря тому же процессу, который вызывает и северное сияние. Если слушать эти звуки без специального усиления, то они мало чем выделяются из окружающего нас шума. По словам финских исследователей, звук, сопровождающий северное сияние, скорее напоминает шипение, чем щелчок или потрескивание. И возникает он не при каждом северном сиянии, длясь не более пары секунд.
Учёные объяснили воздействие этого феномена природы на психику человека. Оказывается, «зов предков» из мифов народов севера - это низкочастотные электромагнитные волны, порождённые северным сиянием. Они излучаются в диапазоне 8-13 герц, что сродни бета и альфа ритмам головного мозга. Человек, который увидел северное сияние, испытывает непреодолимую потребность объединиться с чем-то более надёжным, чем он сам. К тому же этот феномен природы сопровождается неразличимым на слух, но биологически активным инфразвуком. Но инфразвук может оказывать самые непредсказуемые воздействия на сердечнососудистую систему человека, вызывает серьезные мозговые нарушения, вплоть до потери слуха и зрения. Так что действительно наблюдать северное сияние - значит подвергать себя некоторому риску.
Глава III Радуга
В славянских мифах и легендах радугу считали волшебным небесным мостом, перекинутым с неба на землю, дорогой, по которой ангелы сходят с небес набирать воду из рек. Эту воду они наливают в облака, и оттуда она падает живительным дождем. Древним грекам радуга представлялась посредницей между небом и землёй, то есть между богами и людьми. Они отождествляли радугу с прекрасной Иридой и изображали её одетой в шелка, который переливался всеми семи цветами. Непременным атрибутом Ириды были золотые крылья. Они символизировали её непостоянный нрав: ведь радуга появляется и исчезает всегда неожиданно.
Оказывается, еще в 1666 году Исаак Ньютон доказал, что обычный белый свет – это смесь лучей разного цвета. «Я затемнил мою комнату, - писал он, - и сделал очень маленькое отверстие в ставне для пропуска солнечного света».
На пути солнечного луча ученый поставил особое трехгранное стеклышко - призму. На противоположной стене он увидел разноцветную полоску – спектр. Ньютон объяснил это тем, что призма разложила белый свет на составляющие его цвета. Ньютон первый разгадал, что солнечный луч многоцветный. Но как же всё это происходит в природе, ведь там нет никаких призм?
Оказывается, в природе роль призмы выполняют капельки дождя, поэтому и появляется радуга только после дождя. Во время дождя в воздухе находится огромное количество водяных капель. Каждая капелька выполняет роль крохотной призмы, а поскольку их очень много, то и радуга получается в полнеба. Когда лучи солнечного света проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Но когда на их пути встречается дождевая капля, белый свет преломляется и разлагается на цвета спектра от красного до фиолетового. Причем красный всегда вверху дуги, а фиолетовый внутри.
При двойной радуге, свет отражается дважды внутри каждой капли воды, а цвета во внешней радуге расположены в обратном порядке.
Окологоризонтальная дуга, или «огненная радуга» - очень редкое явление, так как и кристаллы льда, и солнечный свет должны оказаться под определенным углом друг к другу, чтобы создать эффект «огненной радуги».
В природе существует «Туманная» радуга. Туманный ореол похож на бесцветную радугу. Туман, рождающий этот ореол, состоит из более мелких частиц воды, и свет, преломляясь в крошечных капельках, не расцвечивает его.
Мы привыкли наблюдать радугу как дугу, но оказывается, эта дуга является лишь частью разноцветной окружности. А ведь полная радуга имеет форму круга! Если солнце стоит высоко, видно лишь небольшую ее часть. Если же солнце низко, то дуга составляет полукруг. Но полный круг радуги можно увидеть только с самолета!
Глава IV. Удивительные факты про свет
Благодаря замедлению времени, человек на самом деле может пропутешествовать тысячи световых лет в течение своей жизни (если лететь 28 лет с постоянным ускорением, близким к скорости света, в течение первых 14 лет, то можно достигнуть туманности Андромеды, которая расположена в 2 миллионах световых лет). Замедление времени происходит, когда скорость движущегося объекта приближается к скорости света. Если 1 год путешествовать со скоростью света, а затем вернуться на Землю, то обнаружится, что на планете прошли сотни лет.
Бетельгейзе — огромная яркая звезда, находящаяся примерно в 450 световых годах от Земли. Ученые предполагают, что она взорвется в ближайшие 300 000 лет. Когда это произойдет, небо будет освещено даже ярче, чем полной луной. Такая вспышка будет видна среди дня.
Растения зеленые, так как они отражают зеленый свет и впитывают другие цвета для фотосинтеза. Если вы поместите растение под зеленый свет, оно, скорее всего, погибнет.
Ученые хотят скрестить ген растения и ген медузы, которая в темноте производит биолюминесцентный свет, чтобы сделать деревья-фонарики! Представьте, гуляете по городу ночью, а свет исходит от деревьев!
Науке известно уже около семидесяти видов светящихся грибов. Из них некоторые можно увидеть ночью на расстоянии десяти метров.
Некоторые животные видят свет, который мы не можем видеть. Пчелы видят ультрафиолетовый свет, в то время как гремучие змеи видят инфракрасный свет.
В океанвидимый солнечный свет проникает на глубину примерно 80 метров, а вот дальше начинается только темнота. Но вот на глубине 200 метров можно встретить хищных биолюминесцентных животных, которые создают свет для приманки своих жертв.
Ну в это совсем сложно поверить, но мыс вами тоже светимся. Единственное, биолюминесцентное свечение настолько слабо, что мы его попросту не замечаем. А жаль, ночью бы пригодилось.
Ежегодно 3мая празднуется Деньсолнца. Эта дата была назначена Международным обществом солнечной энергии в 1994 году. Отмечается этот праздник во всех странах Европы. Дата является знаковой для всего мира, так как без солнца земля была бы необитаема.
Глава V. Исследование
Мы провели опыты с целью расширить представления о солнечном свете и его влиянии на человека.
Опыт 1. Опыт разложения света в спектр, при прохождении его сквозь призму мы наблюдали в классе, используя призму и проектор.
Для этого мы «поймали» призмой белый луч и получили изображение радуги на листе бумаги. Свет, который казался белым, играл на листе всеми цветами радуги. Так мы проникли в тайну луча, в которую 349 лет назад проник знаменитый английский учёный. Оказывается, в природе роль призмы выполняют капельки дождя, поэтому и появляется радуга только после дождя. Таким образом, мы выяснили, что радуга — это солнечный свет, который проходит через дождевые капли, как сквозь призмы, преломляется и отражается на противоположной стороне неба. Вид радуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров и количества капель в воздухе.
Опыт 2. Обратный опыт предыдущему мы провели с папой. Если свет состоит из семи цветов, то семь цветов должны дать белый цвет. Я разделил белый круг на 7 частей и раскрасил в цвета радуги. Мы закрепили на дрели разноцветный круг. Включив дрель, мы увидели, как разноцветный диск превратился в белый. После этого я точно убедился, что свет состоит из семи цветов.
Опыт 3. Следующий опыт мы провели с целью получения радуги в домашних условиях при помощи мыльных пузырей. На летящих в воздухе пузырях мы увидели радужные полосы.
Опыт 4. На окружающем мире мы проводили исследование: выращивали растения из семян. Одно растение мы поставили на подоконник, где много солнечного света. А другое- на тумбочку, где солнечный свет его не доставал. Растение, стоявшее на подоконнике, выросло крепким, зеленым. А то, которому не хватило солнечного света-хилым, невысоким. Спустя неделю было видно, что растение наклоняет стебель и листочки в сторону света. Цветам просто необходим свет.
Также я наблюдал за настроением одноклассников. Я убедился, что в солнечные дни ребята весёлые, активные, играют друг с другом, общаются, а в пасмурные дни наоборот, настроение ухудшается и, хочется спать, ничего не делать Вывод: человеку, как и всему живому, нужен для жизни солнечный свет и тепло.
Затем мы провели исследование: знакомы ли дети и взрослые со световыми явлениями в природе.
В опросе приняли участие 80 школьников с 1 по 4 класс и учителя нашей школы. Для анкетирования мы выбрали пять вопросов:
1. Какие световые явления в природе вы знаете?
2. Когда отмечается День солнца?
3. Вредит ли солнце человеку?
4. Назовите причины возникновения северного сияния.
5. Знаете ли вы, отчего появляется радуга?
Устный опрос показал, что школьники знакомы с некоторыми световыми явлениями в природе. Но не все дети и даже взрослые знают исторические факты изучения световых явлений природы, причины их возникновения, как они влияют на человека.
Спустя две недели, мы познакомились с удивительными световыми явлениями природы, узнали интересные исторические факты о них, причины их возникновения, как они влияют на человека. При повторном опросе цифры изменились.
Заключение
В результате нашей работы мы пришли к выводу, что жизнь на Земле– уникальна, она возможна благодаря свету, теплу, даваемому Солнцем. Все живое во Вселенной, как и в момент ее возникновения, зависит от Солнца. Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Именно это излучение рассматривается как световое явление. Различные виды солнечного излучения постоянно оказывают влияние на жизнь нашей планеты. Солнце – главный двигатель происходящих на Земле процессов. Мы узнали о световых явлениях природы, их удивительных фактах влияния на человека. Мы доказали, что изучение световых явлений актуально.
Таким образом, гипотеза, что световые явления природы стали неотъемлемой частью жизни людей – верна.
Список литературы
Вайткене, Л.Д., Все-Все-Все о физике / Л.Д. Вайткене, А.А. Спектор. – Москва: Издательство АСТ, 2018. – 159, [1] c.: ил. – (Большая детская энциклопедия занимательных наук);
Вайткене, Л.Д., Все-Все-Все о химии / Л.Д. Вайткене, А.А. Спектор. – Москва: Издательство АСТ, 2018. – 159, [1] c.: ил. – (Большая детская энциклопедия занимательных наук);
Денн, Б., О, Брайен, Э., Космос/ Пер. с англ. Е Дорониной. – М.: РОСМЭН, 2020. – 48 с.:ил. – (Детская энциклопедия);
Ликсо, В.В., Вселенная и космос / В.В. Ликсо. – Москва: Издательство АСТ, 2021. – 63, [1] с.: ил. – (Простая наука 4D);
Скиба, Т.В., Первая детская энциклопедия обо всем на свете / Т.В. Скиба. – Ростов н/Д 6 Владис, 2019. – 160 с.;
Спектор, А.А., Эксперименты, опыты и наблюдения / А.А. Спектор, К.С. Аниашвили, Л.Д. Вайткене. – Москва: Издательство АСТ, 2021. – 63, [1] с.: ил. – (Простая наука 4D);
Третьякова, А.И., Планета Земля / А.И. Третьякова, В.В. Ликсо, Д.В. Кошевар. – Москва: Издательство АСТ, 2021. – 63, [1] с.: ил. – (Простая наука 4D);
Щербак, В., Энциклопедия Где? Кто? Почему? – Ростов-на-дону: Издательский дом «Проф-Пресс», 2019. – 96с., цв. ил. (серия «Хочу знать»).