Дисперсия света

XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Дисперсия света

Шувалов М.А. 1
1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"
Самойловская Р.В. 1
1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мне нравятся загадочные природные явления. Одно из них – это радуга. Очень много весёлых песен и стихов встречаются про неё. Все мы знаем, что радуга появляется после дождя в виде цветных полос. Существует всем известная фраза для запоминания последовательности цветов радуги по первой букве слова: «каждый охотник желает знать где сидит фазан». Меня заинтересовал вопрос, правда ли свет может состоять из семи цветов, что мы наблюдаем при радуге?

Поэтому актуальность моей работы в том, чтобы разобраться, как образовалась радуга, сколько цветов в ней, благодаря интересному оптическому эксперименту, я покажу образование этих цветов, которые встречаются в радуге.

Цель работы: изучить явление дисперсии света, провести опыты по ее получению, подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что белый свет содержит смесь всех цветов радуги.

Задачи исследования:

произвести анализ литературы по данному вопросу;

разобраться, как воспринимает цвет человеческий орган зрения;

изготовить самостоятельно разноцветный диск в виде вертушки;

провести эксперименты в виде практических опытов;

сделать выводы.

Объект исследования – разноцветный самодельный диск (вертушка).

Предмет исследования – эффекты (лучи), которые возникают при вращении вертушек.

Теоретические понятия радуги и изучение её цветов

С древних времён люди пытались понять, что же такое радуга. Часто явление красочного и в то же время прозрачного «мостика» связывали с божественным проявлением. У каждого народа складывались свои «радужные сказания».

Так, в Китае, где почитаемы драконы, радуга также представляется этим фантастическим существом, символизирующим единение Неба и Земли, инь и янь. Африканские мифы представляли радугу извивающимся существом — небесной змеёй. Она кольцом опоясывала Землю и охраняла несметные сокровища. У скандинавов в мифологии «Биврёст» радуга означает «дрожащий путь» - это мост, связывающий Небо и Землю, а охраняет его страж Хеймдалль. В час, когда наступит Рагнарёк (гибель мира и богов), мост разрушится. И славянская мифология не ушла от этого образа. Магическая разноцветная радуга соединяла Небо и Землю. И ангелы спускались по этому мосту за речной водой. Собранную влагу выливали в облака, проливавшиеся дождём на землю. Есть и другой вариант: радуга -это искрящееся коромысло, которым древняя богиня плодородия черпает живительную воду из моря - океана и проливает её на поля. Коромысло прячут на небе, а разглядеть его можно только в ночное время в созвездии Большой Медведицы.

Таким образом, самая популярная ассоциация с радугой, по мнению Перышкина А.В., - мост. Древние мифы и сказания, конечно, очень интересны, но с тех пор человечество сильно шагнуло вперёд, и теперь мы можем выяснить природу радуги уже с научной точки зрения [4].

Согласно информации с образовательного портала для школьников и студентов, радуга – это явление природы, выглядящее как разноцветная дуга из водяных капель, освещённых солнцем (приложение А. Радуга - природное явление) [3] .

По мнению Перышкина А.В., для того чтобы увидеть радугу, должны быть соблюдены определённые условия. Во-первых, лучи света должны падать на капли под углом 42°. Во - вторых, наблюдатель должен стоять спиной к источнику света [4].

Опираясь на информацию Савостьяновой С.В., форма радуги определяется формой капелек воды, в которых преломляется солнечный свет. Идеальная капелька воды имеют форму шара. Конечно же, от одной капли не будет радуги, она образуется большим числом капелек. В каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая капля и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее. К тому же каждый человек видит свою радугу [5].

Радуга может быть разной степени яркости и ширины. Данные параметры зависят от величины капель: чем они крупнее, тем ярче будет «мостик», согласно информации Перышкина А.В. [4].

В ходе исследования, я узнал, что бывают разные радуги, например: ночная, туманная, перевёрнутая, двойная, зимняя, кольцевая, красная и т.д., но я видел в городе Челябинске обычную радугу.

Количество цветов.

Согласно информации с образовательного портала для школьников и студентов, во времена философа Аристотеля насчитывали всего три цвета радуги: красный, зелёный, фиолетовый. Представители африканских племен и вовсе ограничивались разделением оттенков на светлый и тёмный. В европейских странах: Англии, Америки, Германии, Франции, считают шесть цветов радуги, так как голубой и синий цвет объединяют в один. В Японии цветов тоже шесть, но голубой и синий они различают. Зато зелёного в их языке нет. Он воспринимается японцами как оттенок синего [3].

В соответствии с информацией от свободной энциклопедии «Радуга», основоположником теории о семи цветах радуги, которая подтвердилась практическим опытом, стал великий английский физик и математик Исаак Ньютон. Изначально он разглядел в радуге пять цветов:

- красный;

- жёлтый;

- зелёный;

- синий;

- фиолетовый.

Чуть позже он обнаружил шестой цвет - оранжевый и седьмой – голубой [6]. Благодаря оптическому эксперименту: проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов – в физике называется спектром (приложение Б. Иллюстрация эксперимента И. Ньютона.)

.

Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (приложение В. Разложение пучка белого света на спектр).

Ньютон объяснил это тем, что призма разложила белый свет на составляющие его цвета. Ньютон первый разгадал, что солнечный луч многоцветный, в описаниях Перышкина А.В.. [4].

На своем практическом опыте из подручных средств, я попытаюсь повторить эксперимент Ньютона по разделению белого света на спектр, то есть обычными слова на семь цветов радуги и наоборот получение белого света из спектра.

Восприятие цвета органом зрения

В соответствии с информацией о восприятии цвета, то человеческий глаз – это орган, благодаря которому мы видим окружающий мир, так как большую часть информации мы получаем именно глазами: голубое небо, зелёная трава и деревья, восходы, закаты и семицветная радуга. В своей исследовательской работе я пытаюсь сообщить - как при многообразии красок в природе человеческий глаз может увидеть еще оптические процессы, такие как разложения белого света в спектр и наоборот.  

С точки зрения физики, всего три цвета являются основными: красный, зеленый и синий, а остальные являются результатом их сочетания в той или иной последовательности. Считается, что глаз человека воспринимает семь

основных цветов: синий, красный, оранжевый, зеленый, желтый, фиолетовый и голубой. При этом мы видим до 10 млн. различных оттенков, среди которых только 500 вариаций серого [1].

Большую роль играет взаимосвязь мозга и глаза, в исследованиях «Классной физики». Наш мозг работает не так быстро, как хотелось бы. Когда мы смотрим на быстро сменяющие друг друга кадры, мозг не воспринимает каждый из них как отдельное изображение, а смешивает их. Таким же образом наш глаз не способен «ухватить» быструю смену кадров и, следовательно, видим другое изображение. Кстати, на этом основан эффект анимации, принимаемый для создания кино и мультфильмов [2].

Практическая работа о подтверждении или опровержении гипотезы о том, что белый свет – это смесь всех цветов радуги

После изучения теоретических основ о свете, его происхождении, восприятии человеческим глазом, я проведу две практические работы по исчезновению цветов радуги и превращению их в белый свет, а вторая работа - разложение в радужные цвета пучка белого света при прохождении через воду.

Практическая работа: получение белого света, вследствие слияния семи цветов (спектра), при помощи семицветного волчка.

Мне понадобится: белый картон, разноцветные карандаши.

Я с помощью линейки разделил белый круг картона на 7 частей и разукрасил их цветами радуги. Далее в центре круга вставил шуруп так, чтобы картон не скользил. Зажал карандаш между ладошками и начал быстро вращать. Скорость моего вращения была не велика, поэтому цвета слились, но белого света так и не получилось. Поэтому мы с папой закрепили мою разноцветную вертушку в дрель и стали снова её вращать. При вращении волчка разноцветные полосы сменили цвет на белый (то есть естественный в природе).

Вывод: мне удалось повторить эксперимент Ньютона и получить белый свет из цветного спектра. А значит, что радуга - это результат разделения

дневного белого света на 7 спектральных из-за отражения его от капелек воды.

Если бы я рисовал не яркие полосы на вертушке, то у меня при вращении виден был белый свет (приложение Г. Получение белого света путем слияния семи цветов).

Практическая работа: разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду.

Мне понадобится: зеркало, фонарик телефона, белый лист и вода.

В чашку наливаю воду и кладу на дно зеркало. Направляю на зеркало свет, чтобы отраженный свет попадал на лист бумаги. Такой эксперимент в физике называется «Дисперсией света», то есть получение белого света из радужных цветов.

Вывод: мне удалось повторить еще один эксперимент Ньютона разложения света на цвета при прохождении света через вещество. В природе мы  можем наблюдать цветную «игру света» в мыльных пузырях, на гранях бриллианта, а также если смотреть на дно аквариума с чистой водой и видеть радужные блики (приложение Д. Разложение в радужный спектр пучка белого света).

Заключение

Гипотеза исследования о том, что белый свет – это смесь всех цветов радуги доказана. С помощью теоретического изучения поставленной темы и её практического подтверждения была достигнута основная цель проекта. Мною была изучена научная литература по световым явлениям, были проведены опыты по наблюдению явления, были изготовлены установки для вращения цветового круга с разными скоростями.

Секрет цветов радуги оказался раскрыт. Радуга – это оптическое явление, представляющая собой светящуюся разноцветную дугу, при взаимодействии солнечных лучей и капель воды. Из истории изучения радуги и цветов многие объясняли причину её появления, но полно это явление раскрыл Исаак Ньютон. Благодаря его экспериментам, я провёл аналогичные.

Где в повседневной жизни помимо радуги, мы можем наблюдать разложения белого света на цвета при прохождении через вещество и получение белого света, вследствие слияния семи цветов спектра? В области медицины – есть в лаборатории прибор фотометр, для подсчета количества биохимических показателей, рентгеновские аппараты, в машиностроении – в лобовых стёклах машин применяют дисперсионную пленку, она рассеивает свет фар встречных машин, в металлургии – анализатор металлов, определяет состав и вид сплава.

Следовательно, разработанные технологии служат на благо людям и позволяют вылечить их от сложных заболеваний.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Восприятие цвета - https://www.profhairs.ru/addons/books/strast-k-tsvetu/34388/.

Классная физика - class-fizika.narod.ru.

Образовательный портал для школьников и студентов «Наука.Club» // «Радуга – сообщение для детей о природном явлении» - https://nauka.club/okruzhayushchiy-mir/raduga.html.

Перышкина А.В. // Физика (7-9 кл.): Учебно-методическое пособие –https://rosuchebnik.ru/material/chto-takoe-raduga/.

Савостьянова С.А. // Статья «Необычное в обычном. Радуга» - https://ped-kopilka.ru/blogs/svetlana-anatolevna-savostjanova/poznavatelnaja-statja-o-raduge-dlja-shkolnikov.html.

Свободная энциклопедия «Радуга» - https://ru.wikipedia.org/wiki/Радуга.

Глоссарий

Слово (термин)

Трактовка

Радуга

явление природы, выглядящее как разноцветная дуга из водяных капель, освещённых солнцем

Шар

форма геометрической фигуры

Призма

тело из однородного материала, прозрачного для оптического излучения(стекло в виде треугольника)

Спектр

непрерывный ряд цветных полос, получается путем разложения луча белого света на составные части

Дисперсия

явление разложения света на цвета при прохождении света через вещество

Преломление

изменение направления распространения волны света при прохождении из одной среды в другую

Просмотров работы: 297