VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Радуга - красивое чудо природы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Иногда, в природе мы замечаем странные и необычные явления. Они поражают наше воображение и надолго запоминаются. Многие из этих удивительных явлений уже объяснили ученые, но для нас они продолжают оставаться загадочными. Мы бы отнесли к таким явлениям радугу.
Когда заканчивается дождь, и яркие солнечные лучи пробивают себе широкую дорогу сквозь лохмотья туч к напоенной влагой земле, мы нередко становимся зрителями удивительно красочного, воздушного явления: широкая многоцветная дуга, высоко вздыбившаяся в небо, одним концом упирается в горизонт, а другим будто спускается в реку, озеро или где-то теряется за соседним лесом.
«Радуга – райская дуга», - говорили в старину. И она, радуга, всегда доставляет людям радость. Вспомните свое детство. Разве один вид этой небесной чудесницы не приводил вас в восторг? Разве не хотелось вам куда-то бежать, шлепая ногами по теплым дождевым лужам, кричать о чем-то хорошем и радостном? [Муранов, 1971: 111]
У меня есть младшая сестра Аня. Сейчас ей 2,5 года. Однажды летом, гуляя после дождя, мы увидели радугу. Для нее это было впервые. Она стала с интересом рассматривать радугу и восторженно восклицать. После исчезновения радуги, сестренка очень расстроилась, она стала плакать и просить «включить» радугу. Тогда мы задумались, от чего же появляется такая красивая, да еще цветная картина в воздухе? В чем причина появления цветов на небосклоне? Что же такое радуга? Как она образуется и можно ли наблюдать эту красоту дома?
Нам очень захотелось найти ответы на эти вопросы.
Мы считаем, тема актуальная и интересная. Очень важно понимать, как и почему происходит то, что так завораживает наш взгляд.
Указом Президента России 2018 год был объявлен Годом добровольца (волонтера). И мы решили «сделать доброе дело»: изучить явление радуги, попробовать получить ее в домашних условиях, и рассказать об этом явлении своим сверстникам, а также детям в детских садах. Изучение обозначенной темы началось с октября 2018г. и несмотря, на то что, Год добровольца закончился, мы считаем, что продолжать делать добрые дела надо на протяжении всей своей жизни.
Объект исследования – природное явление РАДУГА.
Гипотеза: предполагаем, что радугу можно получить в домашних условиях.
Цель работы – повторить такое природное явление, как радуга, в домашних условиях.
В своей работе мы поставили перед собой следующие задачи:
Изучить литературу, материалы сети Интернет по данной теме.
Узнать, при каких условиях возникает радуга.
Изучить, какие виды радуг бывают в природе.
Познакомиться с историей изучения явления радуги в древности.
С помощью экспериментов выяснить, возможно ли воспроизвести радугу в домашних условиях.
Методы исследования: анализ публикаций, материалов сети Интернет по данной теме, систематизация и классификация изученного материала; наблюдение, эксперимент.
История изучения явления радуги
Такое замечательное природное явление, как радуга, не могло остаться незамеченным.
За красоту и необычайность, люди обожествляли небесный призрак, приписывали ему магические силы. «Богиня Ирада улыбается нам», - говорили древние греки, увидев на небе цветную радугу [Муранов, 1971: 111].
У древних китайцев радуга являлась небесным драконом.
Предки славян верили, что это удивительное явление служит волшебным мостом. По нему спускаются ангелы, набирают воду из рек, после чего выливают её в облака – после этого они орошают всё вокруг живительным дождём.
Гениальному физику Ньютону удалось постичь тайну радуги.
Как часто бывает, на это открытие натолкнула Ньютона чистая случайность. Как-то однажды летом, ученый уснул среди белого дня, сидя в кресле. Чтобы не нарушать его покой, снаружи потихоньку прикрыли ставни.
После недолгого сна, ученый открыл глаза и увидел светлый солнечный лучик, пробивавшийся через маленькое круглое отверстие в ставне. При этом, на противоположной стенке появилось светлое пятнышко.
Что надоумило ученого поставить на пути светового луча трехгранную призму? Догадка, научное предвидение, простая случайность? Никто этого не знает. Но он сделал так и был поражен тем, что увидел [Муранов, 1971: 113].
А увидел он, как световой солнечный луч, пройдя через призму, преломился, изменил направление и образовал целую гамму цветов. (Приложение 1, рис. 1).
Так люди узнали о том, что белый солнечный луч состоит из семи основных цветов. А чтобы проверить это, Ньютон за первой линзой ставил другую, такую же, но только переворачивал ее вершиной вниз. И тогда цветные лучи, войдя во вторую линзу, опять преломлялись и складывались вместе, снова образуя общий белый луч.
Таким образом, белый цвет является хранителем всех красок на земле [Эрб, 2007: 25].
Чтобы в этом убедиться, мы провели опыт. Из бумаги вырезали круг, диаметром, примерно 7 сантиметров. Круг разделили на 7 секторов и раскрасили каждый спектр в один цвет радуги. В самом центре круга сделали отверстие и прикрепили его на спиннер. Затем раскрутили спиннер и при вращении цвета исчезли, круг стал белого цвета. Почему? Это процесс «собирания» цветов (Приложение 1, рис. 2).
Условия возникновения радуги
После жаркого, душного дня сгустились тучи, и полил дождь. Когда он прекратился, над горизонтом засверкало заходящее солнце. И в это время, под темной уходящей тучей, словно гигантская дуга, изогнутая к земле, появилась радуга: семь цветов, незаметно переходящих один в другой, - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый (Приложение 2, рис. 3). Для запоминания порядка цветов можно воспользоваться шутливой фразой: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Начальные буквы слов соответствуют первым буквам цветов радуги. Что это такое – радуга? Почему в воздухе возникло такое чудо?
А причина этому – солнечный свет, как будто бы белый, а на самом деле состоящий из семи цветов.
Когда лучи солнечного света проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Но вот на их пути встретилась дождевая капля. А капля по форме близка к призме. Когда солнечный свет проходит через призму или через каплю, составляющие его разноцветные лучи отклоняются. (Приложение 2, рис. 4). Так белый луч распадается на составные лучи, и на стене за призмой появляется красивый разноцветный «зайчик», а на небе – радуга.
Наружный край изогнутой полосы радуги обычно оказывается красным, за ним к внутреннему краю следуют другие цвета радужного спектра, вплоть до фиолетового [Аденин, 1994: 10].
Радуга появляется только после дождя, когда атмосфера насыщена множеством водяных капель и одновременно светит солнце. Чтобы увидеть радугу, необходимо находиться строго между Солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Иначе радуги не увидеть! Солнце, ваши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии.
Если солнце высоко в небе. Провести такую прямую невозможно [Маркин, 1996: 104]. Вот почему радугу чаще всего можно наблюдать только рано утром (когда солнце «встает») или ближе к вечеру (когда солнце «заходит») [Леонович, 1996: 392].
В природе радугу можно увидеть и в солнечную погоду, например: у фонтана, у водопада, у поливальной машины, при поливе растений (Приложение 3, рис. 5).
Само собой, это вполне естественно - ведь в воздухе у фонтана, над водопадом много мелких капель воды. В результате преломления солнечного света и появляется радуга.
Виды радуг в природе
Первичная радуга. Как мы уже знаем, радуга возникает в результате многократного внутреннего отражения света в капельках воды. Самой яркой является радуга, образованная из лучей, испытавших только одно отражение. Это так называемая первичная радуга (Приложение 4, рис. 6) [http://wonderful-planet.ru/atmosfera/24-raduga.html?start=2].
Интересно, что она имеет дугообразную форму только с земли, на самом деле она описывает окружность. И если взглянуть на радугу с высокой горы или самолета, то при правильных условиях ее можно увидеть целиком, всю ракружность (Приложение 4, рис. 7). Возможно, если б люди увидели радугу сначала сверху, а не снизу, то назвали бы ее - ракруга.
Двойная радуга. Бывает так: любуешься красавицей радугой и вдруг обнаружишь над яркой гигантской полосой скромную, едва заметную, другую дугу-радугу, так называемую побочнуюиливторичную радугу (Приложение 5, рис. 8).
Этому тоже найдено объяснение. Первичная радуга образуется в результате однократного отражения луча света в капле воды. Побочная же радуга – продукт двукратного отражения. Каждое отражение в капле «переворачивает» луч, поэтому цвета во вторичной радуге расположены в обратном порядке, т.е. внешняя полоса фиолетовая, а внутренняя – красная.
Иногда можно наблюдать и третью радугу и даже четвертую и пятую. Но это уже крайне редкое оптическое явление в атмосфере.
Лунная радуга. Радуга не только дневное, но и ночное явление. Когда после дождя сквозь окна в тучах пробиваются лучи лунного света, на небе можно увидеть дугу.
На практике за лунной радугой наиболее часто наблюдают жители дождливой местности или живущие возле больших водопадов.
Она не настолько ярка, как солнечная, разглядеть её можно на противоположной от Луны стороне неба во время полнолуния (плюс-минус несколько ночей). При этом, ночное светило должно находится низко над горизонтом, небосвод – быть практически чёрным и, конечно, с другой стороны от Луны должен моросить дождь.
Цвета лунной радуги рассмотреть непросто – её свет для наших глаз слишком слаб. Поэтому, если нам посчастливится её заметить, то мы увидим лишь дугу белого цвета (Приложение 5, рис. 9).
Туманная радуга.Она представляет собой широкую белую дугу, иногда слабо окрашенную по краям (Приложение 5, рис. 10). Внешняя сторона может быть окрашена в фиолетовый цвет, а внутренняя – в оранжевый. Образуется белая радуга в очень мелких капельках тумана [http://wonderful-planet.ru/atmosfera/24-raduga.html?start=2].
Увидеть такую радугу весьма сложно, так как она практически не выделяется из тумана. Чаще всего подобного рода радуги образуются над морем.
Зимняя радуга. Возникает, когда одновременно есть большая влажность, сильный мороз и яркое солнце, что бывает крайне редко.
Чаще всего зимняя радуга – это ореол вокруг солнца или луны (Приложение 6, рис. 11).
Влажность возникает из-за того, что атмосфера насыщена огромным количеством ледяных кристаллов, и солнечные лучи, проходя сквозь них, преломляются.
Есть существенные отличия зимней радуги от обычной:
- обычную радугу видят, стоя спиной к солнцу, а зимнюю – вокруг солнца;
- обычная радуга чаще всего имеет весь цветовой спектр, а зимняя окрашена очень слабо, в основном это красный и оранжевый цвета [https://moi-portal.ru/blogi/18531-raduga-zimoy-k-chemu-eto/].
Огненная радуга. Это – чрезвычайно редкое явление. Она абсолютно горизонтальна и выглядывает из-под облаков (Приложение 6, рис. 12). Наблюдать за ней можно только с земли.
Огненная радуга ничего общего не имеет ни с огнем, ни с опасными природными явлениями. Свое название она получила только благодаря красивому эффекту, напоминающему разноцветное пламя в облаках.
Перевернутая радуга. Таким же, редко встречаемым явлением природы является перевёрнутая радуга(Приложение 6, рис. 13). Она представляет собой, часть световой окружности вокруг определенного светового объекта. Для её появления нужны облака и ледяные кристаллы [https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/kak-obrazuetsya-raduga.html].
Таким образом, в природе можно наблюдать несколько видов радуг. Образование определенного вида радуги зависит от возникновения одновременно тех или иных условий.
Основными условиями возникновения радуги являются:
- идет дождь, или воздух влажный и содержит капельки воды или кристаллы льда;
- солнце или луна находится низко над горизонтом, во время восхода или заката;
- нужно стоять спиной к солнцу (луне) и лицом к дождю.
Радуга в домашних условиях
Радуга – одно из самых красивых явлений природы. Сколько радости приносит она и детям и взрослым. Её появление вызывает положительные эмоции, поднимает настроение людям. А её исчезновение, вызывает грусть.
Эх! Как бы хотелось, чтобы радуга никогда не исчезала. Тогда люди, возможно бы, стали добрее и терпимее. Так как же сделать, чтобы мы в любое время, когда пожелаем, могли любоваться радугой? Можно ли построить свою радугу?
Если кому-то постоянно не везёт, и он практически никогда не может увидеть радугу в природе, отчаиваться не стоит. Мы предполагаем, что радугу можно получить в домашних условиях.
Для этого, мы провели несколько экспериментов.
Разнообразие радуг
Радуга «из зазеркалья». Эксперимент должен проводиться в солнечную погоду. Для его проведения понадобились емкость с водой, зеркало, луч света и гладкая поверхность. Мы налили в тазик воду. Зеркало поставили так, чтобы одна его часть была под водой, а другая часть над ней. Зеркалом ловим луч солнца, и направляем зеркало так, чтобы отраженный свет падал на стену. Таким образом, на стене мы увидели радугу (Приложение 7, рис. 14).
Вывод: Лучи света попадают на зеркало и отражаются. Но, проходя сквозь воду, белый свет преломляется. В результате на стене получили радугу.
Радуга «из домашнего дождя». Для эксперимента понадобился пульверизатор в качестве дождя и солнечный луч. Наполняем пульверизатор водой, и в солнечный день создаем облако капель в воздухе. Повернувшись спиной к окну, то есть к солнцу, и, смотря на «домашний дождь», в воздухе мы стали наблюдать радугу (Приложение 8, рис. 15).
Вывод: Радугу в домашних условиях, как и в природе, можно получить. Это происходит из-за преломления солнечного луча в каплях воды и разделения его на спектр.
«Музыкальная» радуга. Одним из самых простых способов «добывания» радуги в домашних условиях является получение радужных переливов на поверхности компакт-дисков. При отсутствии солнца можно воспользоваться настольной лампой или фонариком. Посветив фонариком на диск, получаем радугу (Приложение 8, рис. 16).
Вывод: Зеркальная поверхность диска изготовлена из пластика, на которой расположены многочисленные бороздки. Эти бороздки действуют, как множество маленьких призм, помещенных по кругу. Поэтому, когда свет попадает на диск, образуется радуга.
Радуга в темноте. Благодаря солнечному свету получить радугу несложно. А вот можно ли ее «устроить» с помощью предметов из предыдущего эксперимента в темноте?
Мы выключили свет и посветили фонариком на диск. Просто изменяя угол наклона CD-диска, направляем отраженный луч на гладкую поверхность стены. В результате, наблюдаем радугу (Приложение 9, рис. 17).
Вывод: Сделать радугу в домашних условиях вполне реально, даже в темноте и без солнечного света.
«Мыльная» радуга. Для эксперимента понадобился раствор для мыльных пузырей. Надувая мыльные пузыри, мы наблюдаем радужную окраску (Приложение 9, рис. 18). Толщина стенок мыльного пузыря меняется неоднородно, постоянно двигаясь, поэтому его цвет постоянно меняется.
Вывод: Когда свет падает на поверхность, мыльного пузыря, часть световых волн сразу же отражается. Часть остальных проходит через стенку пузыря, преломляется в ней и затем отражается от внутренней поверхности.
«Химическая» радуга. Для эксперимента нам понадобился бензин. Это вещество не смешивается с водой, поэтому оказываясь в луже на дороге, оно растекается по её поверхности и образует тончайшую плёнку, которая создаёт красивые радужные разводы (Приложение 10, рис. 19).
Вывод: Световые лучи, попадающие на бензиновую пленку, разделяются: часть луча отражается от поверхности бензиновой пленки (границы воздуха и бензина), а часть проходит через бензиновый слой, доходит до границы бензин-вода и отражается. Так получается радужная картина.
Изобретения – «помощники»
Радугу можно получить в домашних условиях, но на короткий промежуток времени.
Если временного решения вам не достаточно, можно завести дома радугу «насовсем» - например, с помощью миниатюрного проектора (Приложение 11, рис. 20). Он проецирует радугу на стены и потолок - хоть ночью, хоть в пасмурный день, когда так не хватает бодрящих красок…
Ещё один вариант «радуги без забот» (которой, правда, можно будет наслаждаться только в светлое время суток, и только в солнечную погоду) – так называемый радужный диск, изготовленный с применением современных лазерных технологий. Он крепится на окно с помощью присоски и, преобразуя солнечный свет, проецирует его на стены, пол и потолок комнаты (Приложение 11, рис. 21) .
Ещё один забавный способ получения радуги, которая украсит любой современный интерьер, не отнимая ни сантиметра пространства и наполняя его радужным сиянием. Для этого мексиканский дизайнер Габриэль Доу предлагает использовать искусно натянутые швейные нитки (Приложение 12, рис. 22). С таким вариантом, конечно, придётся часок-другой повозиться, однако результат того стоит.
Недаром, работы художника имели огромный успех во многих странах, в том числе в США, Бельгии, Канаде и Великобритании [https://my19edwin.livejournal.com/464838.html].
Заключение
В результате проделанной работы мы изучили, что такое радуга, как она образуется и какие условия необходимы для её появления. Познакомились с видами радуги в природе, а также историей изучения явления радуги в древности. Попытались в домашних условиях провести эксперименты и получить радугу с помощью различных способов. Изучили вопрос о научных изобретениях, которые позволяют продлить явление радуги в домашних условиях.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
Радугу можно получить в домашних условиях.
Вместо солнечного луча может быть использован искусственный источник света.
Радугу можно наблюдать не только днем, но и ночью, и даже зимой.
Цель - узнать о радуге и попробовать повторить её в домашних условиях была нами достигнута.
Мы провели опыты и доказали, что эффект радуги можно получить у себя дома, и в любое время года любоваться этим красивым явлением, которое всё ещё хранит много загадок.
Результаты, которые мы получили при исследовании природного явления радуги, должны быть интересны и полезны моим сверстникам, а также детям дошкольного возраста.
В рамках практической значимости нашей работы, мы сходили в детские сады г. Ижевска (МБДОУ «ДС № 71», МБДОУ «ДС № 161» ) и рассказали детям подготовительной группы об изученной теме. Дети были в восторге от просмотра нашей презентации и опытов, которые мы им показали. На память о встречах нам подарили книги и благодарность.
В дальнейшем, хочется познакомиться с легендами и мифами, символами и другими сторонами жизни людей, связанными с радугой. Изучить народное творчество: приметы, стихи, пословицы и поговорки, связанные с явлением радуги.
Список использованных источников
Аденин В.А. и др. Что такое. Кто такой: В 3 т. Т.3 – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Педагогика-Пресс, 1994. - 336с.: ил.
Леонович А.А. Я познаю мир: Детская энцикл.: Физика/ Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1996. – 480 с.
Маркин В.А. Я познаю мир: Детская энциклопедия: География / Худож. Е.В. Пузикова и др.; Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: АСТ, 1996. – 560 с.
Муранов А.П. Необыкновенное и грозное в природе. 1971г.
Энциклопедия для детей. Юному эрудиту обо всем от А до Я. Москва, «Махаон», 2007.
Эрб Роджер, Зелевски Стефан Цвет и свет / Пер. с нем. Ю.Ю. Зленко. – М.: ООО «ТД Издательство Мир книги», 2007. – 48с.
http://wonderful-planet.ru/atmosfera/24-raduga.html?start=2
https://moi-portal.ru/blogi/18531-raduga-zimoy-k-chemu-eto/
https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/kak-obrazuetsya-raduga.html
https://my19edwin.livejournal.com/464838.html
Приложение 1.
Белый цвет – «хранитель всех красок на земле»
Рис.1 Преломление света
Рис. 2 «Собирание» цветов
Приложение 2.
Условия возникновения радуги
Рис.3 Радуга после дождя
Рис. 4 Преломление солнечного света в капле дождя
Приложение 3.
Радуга в солнечную погоду
Рис. 5 Радуга в природе в солнечную погоду
Приложение 4.
Виды радуг в природе
Рис.6 Первичная радуга
Рис. 7 Фото радуги с вертолета в Западной Австралии
Приложение 5.
Виды радуг в природе
Рис.8 Двойная радуга
Рис.9 Лунная радуга
Рис. 10 Туманная радуга
Приложение 6.
Виды радуг в природе
Рис.11 Зимняя радуга
Рис.12 Огненная радуга
Рис. 13 Перевернутая радуга
Приложение 7.
Получение радуги в домашних условиях
Рис. 14 Радуга «из зазеркалья»
Приложение 8.
Получение радуги в домашних условиях
Рис. 15 Радуга «из домашнего дождя»
Рис. 16 «Музыкальная» радуга
Приложение 9.
Получение радуги в домашних условиях
Рис. 17 Радуга в темноте
Рис. 18 «Мыльная» радуга
Приложение 10.
Получение радуги в домашних условиях
Рис. 19 «Химическая» радуга
Приложение 11.
Изобретения – «помощники»
Рис. 20 Проектор-ночник
Рис. 21 Оконная подвеска – «радужный диск»
Приложение 12.
Изобретения – «помощники»
Рис. 22 «Радуга, которую можно потрогать»