XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Дисперсия света

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шувалов М.А. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Самойловская Р.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

3.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

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