IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
РАДУГА – ОПТИЧЕСКАЯ ИЛЛЮЗИЯ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Однажды, мы нашли у бабушки очень удивительную вещь – фильмоскоп – когда ещё не было компьютеров, наши родители смотрели диафильмы. К этому удивительному прибору прилагалась хорошая коллекция пленок, на которых запечатлены различные сказки и мультфильмы, там даже «Красная шапочка» есть. Но только эти мультфильмы без звука, их читать нужно. Поэтому получается очень забавный просмотр. Например, когда читает мама, или мы все читаем по ролям. Так у нас появилось новое, увлекательное занятие для семейного вечера. И вот во время одного из просмотров, когда мама меняла пленку, я увидел на стене блики похожие на радугу и очень заинтересовался. А что представляет собой радуга, как она образуется? Ведь до этого момента я думал, что радуга – это явление природное и увидеть её можно только в небе, после дождя, да и то не всегда. Я поставил цель: изучение природного явления – радуги.
Для достижения данной цели я решал следующиезадачи:
-
-
узнать, что такое радуга;
изучить мифы о радуге.
выяснить условия появления радуги в природе;
попробовать получить радугу в домашних условиях разными способами.
-
Предмет исследования: радуга
Объектом исследования является: процесс получения радуги в «домашних» условиях.
Гипотеза исследования: несмотря на то, что радуга явление природное, возможно мы можем сотворить её сами.
Методы исследования:
• отбор и классификация материала, его изучение, анализ литературы.
• поисковый метод;
• сравнительный анализ;
• наблюдение;
• эксперимент.
Глава 1. Мифы о радуге.
Когда-то давным-давно люди стали задумываться, почему же на небе появляется радуга. В те времена об оптике даже и не слышали. Человечество связало радугу с множеством поверий и легенд.
Древние греки думали, что радуга - это улыбка богини Ириды.
В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединающий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов).
В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.
По славянским поверьям, радуга, подобно змею, пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём.
В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, и является символом союза бога и человечества (в лице Ноя) о том, что потопа никогда больше не будет.
Существовало поверье, будто в том месте, где радуга как бы уходит одним из своих концов в землю, можно откопать горшок с золотом.
А чтобы до окончания жизни быть счастливым и удачным во всех делах, достаточно хотя бы раз пройти под радугой босиком. Жаль вот только, что никому ещё не удавалось пройти под радугой, никто не смог подойти к её основанию.
Глава 2. Что представляет собой радуга на самом деле.
Это красивое явление стали изучать уже в глубокой древности. Аристотель, древнегреческий философ, пытался объяснить причину радуги. Первым понял причину радуги немецкий монах Теодорик, в 1304 г. Воссоздавший ее на сферической колбе с водой. Однако открытие Теодорика было забыто. Общая физическая картина радуги была уже четко описана архиепископом Марком Антонием де Доминисом в 1611 году. Он объяснил, что радуга появляется в результате отражения света от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления – при входе в каплю и выходе из неё. Первая попытка закончилась плачевно. Автор рукописи был заточен в тюрьму, где и умер, дожидаясь смертной казни. Инквизиция приговорила любознательного священника к смерти за то, что его теория о возникновении радуги противоречила библейскому толкованию. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, но его тело и рукописи были сожжены.
Но спустя 26 лет французский философ, физиолог, математик и физик Рене Декарт, связал возникновение радуги с законами преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя.
А в 1672 сэр Исаак Ньютон провел исторический опыт. Он направил пучок света на грань стеклянной призмы, и на экране, установленном за ней, получился спектр из непрерывных переходящих одна в другую полос. Ученные выделили семь основных цветов, которые мы наблюдаем в радуге.
«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 цвет на составляющие его цвета. Ньютон первый разгадал, что солнечный луч многоцветный.
2.2. Условия необходимые для появления радуги в природе.
Радуга – разноцветная дугообразная полоса на небесном своде, образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.(Толковый словарь русского языка Ожегова С.И.)
Радуга – оптическое явление в атмосфере, наблюдаемое при дожде, когда лучи солнца преломляются через пелену дождевых капель; на небосклоне появляется окрашенная в цвета спектра дуга, причем наружная сторона - в красный, а внутренняя – в фиолетовый цвет. (По данным Малого Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона)
Радуга — претерпевшее изменение слово «райдуга», или Божья дуга. (По словарю В. Даля)
Через все небо перекинулась разноцветная дуга, словно огромные ворота в небе. Откуда они взялись? Кто их построил так быстро и так красиво? Это луч солнца и дождевые капли. Ведь радуга — это и есть солнечный луч. Он проходит через дождевые капли, преломляется и отражается на противоположной стороне неба в виде огромной, разноцветной дуги. Вот почему можно сказать, что построили радугу солнечные лучи и дождевые капли.
Радуга появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу. Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя. Находиться надо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождём (он должен быть перед тобой). Иначе радугу не увидеть!
Солнце, наши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии! Если солнце высоко в небе, то такую прямую линию провести невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.
Зимой в воздухе «плавают» кристаллики льда. Они тоже могут разделить белый цвет на семь цветов радуги, поэтому радугу можно наблюдать даже зимой.
Глава 4. Способы получения радуги в домашних условиях.
Для проверки своих предположений я провел несколько опытов.
Опыт первый.
Повторить опыт Ньютона не сложно. Опыт разложения света в спектр при прохождении его сквозь призму мы наблюдали при искусственном и естественном освещении, используя призму. Для этого мы “поймали” призмой белый луч и получили изображение радуги на стене. Свет, который казался белым, играл на стене всеми цветами радуги (эти разноцветные, яркие полоски и называют солнечным спектром). Так мы проникли в тайну луча, в которую 347 лет назад проник знаменитый английский учёный. Затем я пропустил луч света через различные многогранники, и в каждом случае получал радугу, а порой и не одну.
Опыт второй.Получение радуги в домашних условиях при помощи зеркальца.
Оборудование: колба, наполненная водой, зеркальце, источник света – солнечные лучи.
Мы поставили колбу, наполненную водой, на стол под источник солнечных лучей. Поворачивая зеркальце, мы получили вот такую радугу.
Опыт третий. Получение радуги в домашних условиях при помощи зеркальца и фонарика.
Оборудование: колба, наполненная водой, зеркальце, источник света – фонарик.
Всё то же, как и во втором опыте, но вместо солнечных лучей используется свет от фонарика, отражающийся от зеркала в воде, на белый лист бумаги. Свет был выключен. результат оказался таким же. Луч света расщеплялся на пучок разноцветного спектра.
Опыт четвёртый. Получение радуги в домашних условиях при помощи компакт – диска. Оборудование: компакт – диск, источник света – фонарик.
Свет фонарика, я направил на компакт – диск. В результате получил вот такую радугу.
Опыт пятый. Получение радуги в домашних условиях при помощи мыльных пузырей.
Оборудование: мыльные пузыри, источник света – солнечные лучи.
Встав перед окном перед яркими солнечными лучами, я надувал мыльные пузыри. На мыльной плёнке можно увидеть полосы цветов как у радуги. Если же надувать мыльные пузыри не под солнечными лучами, то они окажутся бесцветными, а не радужными.
Опыт шестой. Когда, проведя ряд опытов, мне удалось установить, что радуга представляет собой не что иное, как луч света, разложенный на спектр 7 цветов, я задумался, а можно ли ,наоборот, собрать семь цветов радуги в один бесцветный луч? Чтобы ответить на этот вопрос я взял диск, раскрасил его в 7 цветов радуги, в центр воткнул деревянную палочку (получился волчок). При вращении все цвета сливались вместе и диск казался белым. Таким образом мне не только удалось разложить луч света на разноцветный спектр, но и собрать разноцветную радугу в один бесцветный луч. В дальнейшем я хочу продолжить свою работу в этом направлении и собираюсь исследовать природу цветов радуги, чем занимается наука «цветоведение».
Выводы.Радуга – природное явление, изучение которого требует больших усилий, но в то же время, является очень интересным.
Главным условием для появления радуги в природе является наличие солнечного света и дождя.
Получение радуги экспериментальным методом позволяет провести более подробное исследование этого явления.
Радугу можно наблюдать не только днем, но и ночью. Лунная радуга. Не только летом, но и зимой -
Практическая часть этой работы заключается в том, что приобретая информацию о ранее неизученной теме можно не только обогатить запас собственных знаний, научиться получать знания из дополнительных источников, анализировать полученный материал, но и делиться своими результатами со сверстниками, которым данная тема, по нашему мнению, будет интересна.
Благодаря такой работе возрастает активность в познавательной сфере деятельности, что является главным фактором для развития личности школьника.
Литература.
Даль В.И. Толковый словарь русского языка. Современная версия. –
М.: ЗАО Изд-во ЭКСМО - Пресс, 2000.- 736 с.
Зубкова Н.М. Воз и маленькая тележка чудес. Опыты и эксперименты для детей. – СПб.: Речь, 2006.-64с.
Левкиевская Е. Е. Мифы народов мира. — М.: Астрель, 2000. — С. 90. — 528 с.
Новый энциклопедический словарь / Под общ. ред. акад. К. К. Арсеньева. — СПб.: Изд-во Ф. А. Брокгауз и И. А. Ефрон, 1911—1916. — Т. 26.
Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света / Перевод Вавилова С. И. — изд-е 2-е. —
М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. — С. 131. — 367 с.
Ожегов С. И., Шведова Н. Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений /Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова. — 4-е изд., дополненное. — М.: Азбуковник, 1999. — 944 с.
Яковлева М.А. Веселые научные опыты для детей и взрослых. Опыты в комнате. –М.:Эксмо, 2012. – 64 с.
http://allforchildren.ru/why/whatis32.php
Приложение 1. Цветовой Спектр Ньютона
Рис. 1: Цветовой спектр Ньютона.
Приложение 2. Преломление луча света в капле воды (схема)
Рис. 2: Преломление луча света.
Приложение 3. Разнообразие радуг.
Рис. 3: Лунные радуги.
Рис. 4: Зимняя радуга.
Рис. 5: Двойная радуга.
Рис. 6: Перевернутая радуга.
Рис. 7: Огненная радуга.