XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Откуда появляется радуга
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Радуга на небе – красивое природное явление, знакомое с детства. Она встречается на страницах сказок и мифов, ее изучают на уроках физики в школе. Все ли мы знаем про радугу? Достаточно ли хорошо понимаем ее свойства и то, почему она разноцветная? Об этом и не только мне хочется рассказать в своей работе.
Тема моей исследовательской работы – «Откуда появляется радуга?». Данная тема меня заинтересовала тогда, когда я увидела на небе разноцветную дугу и она приковала мое внимание. Я заметила, что она появилась в солнечный день после дождя. Затем у меня стали возникать следующие вопросы. Откуда берется радуга? Почему ее цвета появляются в определенном порядке? Таким образом, я решила провести свое исследование.
Цель работы: узнать причину возникновения радуги.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
1) выяснить, что такое радуга;
2) узнать историю изучения радуги;
3) провести анкетирование;
4) создать радугу в домашних условиях.
Я выдвигаю следующую гипотезу: радугу можно получить в домашних условиях.
Методы, которые я использовала для исследования:
1) сбор информации из книг и Интернета;
2) опрос одноклассников;
3) проведение опытов.
Глава 1. Что такое радуга.
Радуга — атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или (существенно реже) перед ним. Появление радуги в небе означает, что вскоре наступит хорошая погода и ненастью пришел конец. Её появление для людей означало «радужные» перспективы на будущее.
Люди давно задумывались над природой этого красивейшего явления природы. Человечество связало радугу с множеством поверий и легенд. 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 шелк, который переливался всеми семи цветами. Непременным атрибутом Ириды были золотые крылья. Они символизировали её непостоянный нрав: ведь радуга появляется и исчезает всегда неожиданно.
В Китае считали, что радуга - это небесный дракон, союз Неба и Земли. В славянских мифах и легендах радугу считали волшебным небесным мостом, перекинутым с неба на землю, дорогой. Славяне полагали, что радуга пьет воду из рек, озер и других водоемов, а потом проливает ее в виде дождя на землю. В славянских языках имеется множество названий, нередко отражающих народные представления и верования: дуга, райская дуга, райдуга, веселка, веселуха, божий лук, пояс, божий пояс, бабин пояс, бигорбдичин пояс, краса, красуля и т.д.
Радуга - это большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в результате разложения луча света, проходящего через мельчайшие капельки дождя. В данном случае капли дождя выполняют роль призмы. Каждую такую каплю можно сравнить с круглым стеклянным аквариумом. Свет входит в каплю с одного ее конца, отражается от внутренней, противоположной поверхности под углом и выходит сквозь ту же поверхность, что и входил, но уже с другой точки.
Наверняка, кто видел радугу, могли заметить, что солнце всегда находится с противоположной от радуги стороны. Чтобы наблюдать радугу, находиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть! Солнце, глаза и центр радуги должны находиться на одной линии! Если солнце высоко в небе, провести такую прямую линию невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру.
Почему же человеческий глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, преломляется 42 раза и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности.
Необычные радуги
Анализируя ответы одноклассников, я заметила, что 69 % ответивших считают, что существует только один вид радуги. Но на самом деле это не так.
Двойная радуга
Мы уже знаем, что радуга на небе появляется от того, что лучи солнца проникают сквозь дождевые капли, преломляются и отражаются на другой стороне неба разноцветной дугой. А иногда солнечный луч может соорудить на небе сразу две, три, а то и четыре радуги. Двойная радуга получается, когда световой луч отражается от внутренней поверхности дождевых капель дважды.
Первая радуга, внутренняя, всегда ярче второй, внешней, а цвета дуг на второй радуги расположены в зеркальном отражении и менее яркие. Небо между радугами всегда более тёмное, чем другие участки неба.
Перевёрнутая радуга
Перевёрнутая радуга - явление довольно редкое. Она появляется при определённых условиях, когда на высоте 7-8 километров тонкой завесой располагаются перистые облака, состоящие из ледяных кристалликов. Солнечный свет, падая под определённым углом на эти кристаллы, разлагается на спектр и отражается в атмосферу. Цвет в перевёрнутой радуге располагается в обратном порядке: сверху находится фиолетовый, а снизу – красный.
Туманная радуга
Туманная радуга или белая появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из очень мелких капелек воды. Такая радуга представляет собой дугу, окрашенную в очень бледные цвета, а если капельки совсем мелкие, то радуга окрашена в белый цвет. Туманная радуга может появляться и ночью во время тумана, когда на небе яркая луна. Туманная радуга довольно редкое атмосферное явление.
Лунная радуга
Лунная радуга или ночная радуга появляется ночью и порождается Луной. Лунная радуга наблюдается во время дождя, который идёт напротив Луны, особенно хорошо видна лунная радуга во время полнолуния, когда яркая Луна находится невысоко в тёмном небе. Так же лунную радугу можно наблюдать в местностях, где есть водопады.
Огненная радуга
Огненная радуга - это редкое оптическое атмосферное явление. Огненная радуга появляется, когда солнечный свет проходит сквозь перистые облака под углом 58 градусов над горизонтом. Ещё одним необходимым условием для появления огненной радуги являются шестиугольные кристаллы льда, имеющие форму листа и их грани должны быть параллельными земле. Солнечные лучи, проходя сквозь вертикальные грани ледяного кристалла, преломляются и зажигают огненную радугу или округло – горизонтальную дугу, так в науке называется огненная радуга.
Зимняя радуга
Зимняя радуга - это очень удивительное явление. Такую радугу можно наблюдать только зимой, во время сильного мороза, когда холодное Солнце сияет на бледно-голубом небе, а воздух наполнен маленькими кристалликами льда. Солнечные лучи преломляются, проходя сквозь эти кристаллики, как сквозь призму и отражаются в холодном небе разноцветной дугой.
Глава 2. История изучения радуги
Людей давно интересовал вопрос, почему же появляется радуга. Мифология многих народов приписывает феномену сакральные свойства.
Первые попытки объяснить явление с точки зрения физики были сделаны еще древнегреческими философами.
На рубеже XIII–XIV веков богослов Теодорих из немецкого города Фрайберга провел опыты, используя в качестве моделей стеклянные шарики, наполненные водой. Данный метод получил распространение и в дальнейшем.
В начале XVII века описание радуги как физического явления дал в своем труде хорватский архиепископ и теолог Марк Антоний де Доминис. Проведя ряд опытов со стеклянными шарами, он также сделал вывод, что причиной феномена является преломление и отражение света в каплях влаги.
В XVII веке Рене Декарт путем исследований установил угол преломления лучей в капле относительно их изначального направления.
Исаак Ньютон, проведя оптические опыты с призмой, развил теории своих предшественников. 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, 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 стеклянную призму или через каплю, составляющие его разноцветные лучи изменяют свое направление, отклоняются на неодинаковые углы - расходятся в виде веера (преломляются). Причем каждый цвет преломляется по-разному - меньше всего отклоняется от своего первоначального направления красный, а больше всего - фиолетовый. Именно поэтому наружный край дуги обычно красный, а внутренний – фиолетовый. Посередине располагаются остальные цвета - оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий.
Цветные полосы отличаются по яркости, но их последовательность всегда одинакова - у каждого цвета свое строго закрепленное за ним место. Чем крупнее дождевые капли, тем ярче радуга. Если капли мелкие, радуга кажется бледной, еле заметной. Последовательность цветов в радуге легко запомнить, если выучить фразу: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». В этой фразе первая буква каждого слова - такая же. как и первая буква названия цвета! Каждый (Красный) Охотник (Оранжевый) Желает (Желтый) Знать (Зеленый), Где (Голубой) Сидит (Синий) Фазан (Фиолетовый).
Ньютон первый разгадал, что солнечный луч многоцветный.
Повторить опыт Ньютона может каждый школьник. Повторила этот опыт и я.
Глава 3. Анкетирование
Узнав много интересного о радуге, я решила узнать, что знают о радуге мои одноклассники. Для этого я провела анкетирование среди учеников 2 Б класса.
Учащимся было предложены следующие вопросы:
1) Видели ли выкогда-нибудь радугу?
2) Как возникает радуга?
3) Сколько цветов у радуги?
4) Какие цветаимеет радуга?
5) Можно ли получитьрадугу в домашних условиях?
6) Сколько видов радуги вы знаете?
В анкетированииучаствовали 29 человек.
Итоги анкетирования:
На вопрос «Видели ли вы когда-нибудь радугу?» ответили положительно 29 одноклассников (100%).
Вопрос «Как возникает радуга?» подразумевал раскрытый ответ. Были предложены различные версии, но самые популярные ответы– «После дождя, с солнцем» - так ответили 15 одноклассников (52%) и 10 человек (34%) написали «Преломление солнечных лучей».
На вопрос «Какие цвета имеет радуга?» большая часть класса ответили правильно, за исключением двух человек. Вместо оранжевого и фиолетового указали розовый и бирюзовый.
24 одноклассника (85 % класса) считают, что радугу можно получить в домашних условиях.
Вопрос «Сколько видов радуги вы знаете?» подразумевал раскрытый ответ. 20 одноклассников (69 %) ответили «один вид радуги», 4 одноклассника (14 %) ответили «три вида», 3 одноклассника (10 %) ответили «два вида» и по одному однокласснику (3%) ответили «четыре и пять видов».
Проанализировав ответы, я пришла к выводу, что моим одноклассникам известно такое явление как радуга. Но не все одноклассники ответили правильно на все вопросы. В ходе своей работы я постараюсь дать ответы на эти вопросы.
Глава 4. Создание радуги в домашних условиях.
Для проверки своих предположений я провела несколько опытов.
Опыт №1 - Получение радуги с помощью воды и солнца.
Я взяла садовый шланг, чтобы создать стабильную призму из капелек воды. Повернулась спиной к солнцу, а потом включила воду. Поднимала и опускала шланг и увидела радугу.
Солнечный луч, попадая на каплю, преломился, то есть разошелся на 7 цветов.
Опыт №2 - Получение радуги с помощью воды, солнца и зеркала.
Для проведения исследования я использовала лист белой бумаги, маленькое зеркало, неглубокий контейнер, заполненный водой, и солнечные лучи.
Прикрепила к контейнеру зеркало. Половина зеркала должна находиться под водой, а вторая половина – над водой. Поставила емкость, чтобы на зеркало попадали прямые солнечные лучи. Взяла лист бумаги и подняла его над контейнером, пытаясь поймать радугу. Положение листа и зеркала можно изменять.
В результате преломления луча в воде и его отражения от зеркала на листе возникла радуга.
Такой же опыт можно сделать и дома, используя вместо солнечных лучей, фонарик.
Опыт № 3 - Получение радуги с помощью призмы и солнца.
Для проведения исследования я использовала лист белой бумаги, призму и солнечные лучи.
Я держала призму так, чтобы через нее проходил солнечный луч. Луч преломлялся и расходился на семь цветов. Поэтому на бумаге я увидела радугу.
Опыт №4 - Получение радуги с помощью CD-диска и фонарика.
Для проведения опыта мне понадобился CD-диск, фонарик с ярким светом.
Положила CD-диск зеркальной поверхностью вверх, посветила на него фонариком под углом. На поверхности диска появилась радуга.
Почему так происходит? Для производства зеркальной части диска используется пластик, поверхность которого покрыта миниатюрными бороздками. Именно бороздки выполняют функцию призм, что влечёт за собой преломление света и последующее появление радуги.
Опыт № 5 - Получение радуги с помощью мыльных пузырей и солнечного света.
Для проведения исследования мне понадобились мыльные пузыри и источник света – солнечные лучи
Я надула мыльные пузыри. На летящих в воздухе пузырях можно увидеть радужные полосы.
Радужные полосы на поверхности мыльного пузыря возникают в результате интерференции световых волн, отражённых от его внутренней и наружной поверхностей. Плёнка сначала бесцветная, так как имеет приблизительно равную толщину. Затем раствор постепенно стекает вниз. Из-за разной толщины нижней утолщённой и верхней утончённой плёнки появляется радужная окраска.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что радугу можно получить в домашних условиях. И для этого нам нужны солнечные лучи или поток яркого света (как в фонарике), призма, капли воды, зеркало, CD-диск. Главное в проделанных опытах это преломить солнечный луч.
Заключение
Выполняя эту исследовательскую работу, я узнала и попробовала показать, что радуга – это не простое явление в природе, а очень сложный механизм.
Создание данного проекта позволило мне развить свои навыки работы с дополнительной литературой, умение проводить эксперименты, проводить анализ полученных результатов, основывать итоги исследований.
Во время работы над исследовательским проектом я узнала о природном явлении радуге: как появляется радуга и почему она разноцветная, определила, какая существует связь между дождем, солнцем и появлением радуги, узнала какие виды радуги существуют и провела опыт над созданием радуги в домашних условиях. Цели исследования достигнуты, а поставленные задачи реализованы.
На своём примере я показала, что возможно создать радугу в домашних условиях, тем самым доказав выдвинутую в начале исследования гипотезу.
Список использованной литературы
1. Банников А.Г. «Что такое? Кто такой?» Том 3.
2.Травина И.В. 365 рассказов о планете Земля/Науч.-поп.издание для детей. – М.:ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007.
Интернет-ресурсы:
3. https://vse-sekrety.ru/929-pochemu-poyavlyaetsya-raduga.html