VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Цветной мир прозрачных предметов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
«Окружающий нас мир всегда таит
в себе много неразгаданных тайн»
Меня зовут Истомина Виктория, я ученица 2 «В» класса, школы №69, г. Екатеринбурга. Я очень любознательная, и меня интересуют многие вопросы окружающего нас мира. Вот и сейчас, меня заинтересовал, казалось было простой вопрос: Какого цвета прозрачная линейка? Кажется вопрос совсем глупый, ведь прозрачный не имеет никакого цвета. Но передо мной возникают ещё и ещё вопросы: Что такое прозрачность? Быть может, мы просто не видим её красоты? И почему мы видим красное - красным, зелёное – зелёным, жёлтое – жёлтым, белое – белым, чёрное – чёрным?
Не так давно я узнала, что белый свет, не так прост, как кажется! Оказывается, он состоит из всех цветов сразу! «Вот бы было здорово, сделать свою «радугу» дома!» - подумала я. А также найти ответы на все интересующие меня вопросы.
Тема исследования является актуальной, потому что знания младших школьников о свете и цвете недостаточны. Способов изучения таких сложных явлений для младших школьников как дисперсия и поляризация мало. Поэтому мы решили превратить эти сложные для понимания явления в интересное и увлекательное увлечение создания ярких цветных коллажей красками из радуги.
Практическая значимость: материал моей исследовательской работы может быть использован на уроках окружающего мира, классных часах, олимпиадах, предметных неделях.
Проблемы исследования: Что такое цвет? Зависит ли цвет от света? Как человек воспринимает цвет? Какого цвета прозрачные предметы?
Гипотезы исследования:
Предположим, белый свет можно разложить на множество разных цветов, из которых он состоит, и сделать это можно в домашних условиях.
2. Возможно, прозрачные предметы скрывают свой цвет, а увидеть их красоту можно с помощью специального устройства.
Объектом исследованияявляется цвет.
Предметом исследования является восприятие цвета человеком.
В процессе работы были использованы следующие методы исследования:беседы, работа с информацией интернета, изучения научно-познавательной литературы, эксперименты и наблюдения, анализ информации, обобщение.
Цель исследовательской работы: выяснить цвет прозрачных предметов и его применение в жизни человека.
Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи.
Задачи исследования:
Изучить информацию о цвете и свете.
Найти информацию о составе белого света.
Провести опыты по изучению цвета прозрачных и непрозрачных предметов.
Получить радугу в домашних условиях.
Создать устройство для просмотра скрытого цвета прозрачных предметов.
О свете и цвете
Своё исследование я решила начать с изучения вопроса о свете. Свет играет очень важную роль в нашей жизни. Когда темно, мы совсем не различаем окружающих предметов. Для того чтобы увидеть их, нужен свет.
Со светом мы видим цвет предметов, при его отсутствии цвет исчезает, мы видим тень. Вывод: без света, нет цвета. (Приложение 1, Рис. 1)
Днем нашу планету освещает Солнце. Самая яркая звезда во вселенной. Она находится на расстоянии 150 млн. км. С огромной скоростью несется свет от Солнца к Земле, через космическое пространство, всего за 8 минут его лучи достигают до планеты Земля. Ночью нам светит Луна. Это естественные источники света. К искусственным источникам относятся электрические лампы, фонари, свечи. В энциклопедии мы нашли информацию, что на протяжении веков ученые не раз пытались разобраться в природе света. В XIX веке шотландский ученый великий физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879 гг.) доказал, что свет – это электромагнитные колебания, которое можно представить, как бегущую волну.
В литературе мы нашли информацию об опыте Ньютона по разложению белого света, пропущенного через стеклянную призму. Около 300 лет назад Исаак Ньютон пропустил солнечные лучи через призму и разложил белый луч на цвета. Это явления назвали дисперсией. Дисперсия - разложение белого света на цвета. Он выделил 7 основных цветов, которые назвали спектром.
Обычный "белый" свет состоит из смеси лучей, проникающих в призму под одинаковым углом. Преломляясь в призме, лучи отклоняются на различные углы.
Летом после дождя мы часто видим радугу. Радуга – это пример спектра. Радуга показывает нам, что свет состоит из множества цветов. Радуга - пример спектра. Спектром называют гамму цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Все они вместе образуют "белый" свет. (Приложение 1, Рис. 2)
Капелька дождя "работает" точно также как призма: она отражает свет внутри себя и разлагает его на составные части. Красный всегда расположен вверху радуги, фиолетовый - внизу. Для запоминая цветов радуги используют фразу - подсказку: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан» (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). (Приложение 1, Рис 3.)
Иногда радуга образуется совершенно случайно. В солнечный день, когда ярко светит солнце в окно, можно на стенах комнаты увидеть маленькую «радугу». Лучи солнца преломляются через какие-нибудь блестящие предметы в комнате (ручки шкафчиков, люстру, карниз и т.д.). Однажды я пила чай, а лучик света, пробравшись в стакан, превратился в яркую радугу на стене.
Отчего в природе такое разнообразие цветов? От чего зависит цвет окружающих нас предметов? В природе существуют прозрачные и непрозрачные предметы. Прозрачные предметы пропускают свет, а не прозрачные – нет, они образуют тень.
Я нашла информацию в учебниках и Интернете, что цвет предмета зависит от света, который оно отражает. Цвет прозрачных тел зависит от того, какие лучи света проходят сквозь них. Предмет имеет красный цвет, потому что он отражает красный свет и поглощает все другие цвета. Другой предмет имеет синий цвет, потому что он отражает синий свет и поглощает все другие цвета. Предмет белого цвета отражает свет всех цветов, а предмет черного цвета, напротив, вообще не отражает свет, а полностью его поглощает. (Приложение 1, Рис. 4)
Предмет может поглощать и отражать одновременно несколько цветов. Отраженные цветные лучи смешиваются между собой, и цвет тела зависит от того, в каком соотношении они от него отражаются. Благодаря этому и возникает разноцветная гамма красок, которую мы наблюдаем в природе.
Цветной мир прозрачных предметов
Изучив информацию о свете и цвете, мне очень хотелось найти ответ на свой главный вопрос: «Какого цвета моя прозрачная линейка?»
Я обратилась за помощью к родителям. Вместе мы нашли информацию, о существовании поляризованного света. Естественный свет состоит из волн, распространяемых во всех направлениях. При поляризованном свете волны распространяются только в одном направлении (горизонтально, вертикально или диагонально). (Приложение 1, Рис. 5)
Увидеть поляризованный свет можно с помощью поляризованных плёнок. (Приложение 1, Рис. 6) Достать такую пленку несложно. Для этого нужно с жидкокристаллического экрана ненужного устройства (калькулятор, тетрис, ЖК монитор компьютера и т.д.) аккуратно отклеить пленку.
Плёнка напоминает обычный пластик с затемнением. Такая пленка пропускает только одну волну световых лучей в одной плоскости. На пленку нанесена, как бы решетка, через которую и проходит световой луч, который лежит в определённой плоскости - плоскости поляризации.
Для наглядности поляризационную пленку можно сравнить с треугольным кубиком. Треугольный кубик можно засунуть в треугольное отверстие только повернув его на правильный угол. Пленка выполняет функцию такого сита. Она пропускает только правильно повернутые волны.
Поляризационная пленка – это полимерный материал, изготавливаемый из поливинилена, исходным сырьём для которого служат природный газ и нефть.
Свет, который мы видим вокруг себя, не поляризован. Но если вы смотрите в ЖК-монитор компьютера, сотового телефона знайте: вы видите поляризованный свет. Если бы поляризатора не было, человеческий глаз не смог бы разобрать картинку на экране.
С помощью поляризационной пленки можно достичь:
ограничения светового потока;
существенного понижения яркости;
рассеивания световых лучей;
затемнения зеркальных, и экранных изделий;
защиты от попадания прямых солнечных и световых лучей.
Поляризация света широко применяется в нашей повседневной жизни:
При сборке ЖК-экранов телевизоров для повышения контрастности картинки. А если комбинировать с поляризационными очками можно увидеть объемное изображение.
Для мониторов компьютеров, телефонов, планшетов, калькуляторов.
В качестве тонировки стекол домов, которые защищают от слепящего света в помещении.
В дефектоскопии, при поляризованном свете будут видны скрытые дефекты.
Геологи, исследуя в поляризованном свете различные минералы и изделия, могут безошибочно отличить природные от искусственных.
Фотографы, выполняя репродукции с картин в застекленных рамах, могут легко уничтожить мешающие им блики от стекла, надевая на объектив поляризационный фильтр.
Водителям автомашин в ночное время очень мешают вести машину слепящие фары встречных машин. Надев поляризационные очки, водитель избавляется от этих помех.
Поляризационный бинокль помогает капитанам кораблей вести корабль по правильному курсу, уничтожая при наблюдении мешающие световые блики на морских волнах.
Применяя поляризованный свет в стекольной промышленности, легко проверить правильность и равномерность закалки стекла
Поместив прозрачные предметы между двух поляризационных пленок можно увидеть, как прозрачные вещи заиграют всеми цветами радуги.
Можно вместо второй пленки воспользоваться экраном монитора, телефона или планшета. При повороте пленки на 90 градусов изображение должно стать значительно темнее.
Практическая часть
Из теоретической части я узнала, что белый луч света состоит из цветов спектра. Радуга – это и есть пример спектра. Цвет предмета, зависит от его способности поглощать, отражать и пропускать свет. Через поляризованные плёнки можно увидеть поляризованный свет, который распространяется в одном направлении. Поместив прозрачные предметы между двух поляризационных пленок можно увидеть, как они заиграют всеми цветами радуги.
Я решила провести опыты по изучению цвета прозрачных и непрозрачных предметов. Цель моих опытов проверить теоретическую часть знаний.
Опыт № 1. Как из радуги получить белый цвет. Пробуем получить белый цвет из радужного спектра с помощью вентилятора. (Приложение 2, фото 1).
Нам понадобится:
1. Вентилятор
2. Круг со спектром
Возьмем круг, раскрашенный по секторам основными цветами радуги. Круг я распечатала на принтере. Будем его очень быстро вращать и увидим, что все цвета сольются в один… белый. Это смешение цветов называется – аддитивным, то есть сложение цветов как оно есть.
Раз белый это смесь цветов, возможно ли получить белый цвет при смешивании красок.
Опыт № 2. Пробуем получить белый цвет с помощью смешения цветных красок. (Приложение 2, фото 2).
Нам понадобится:
краски радужного спектра (красный, оранжевый, жёлтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый)
кисть
стакан с водой.
При смешивании цветных красок, у меня получился чёрный цвет. Таким способом цвета, смешиваются по-другому. Получившаяся смесь поглощает весь свет, вот почему у меня получился чёрный цвет при смешивании красок. Это смешение называется субтрактивным, то есть вычитание цветов.
Я взяла две линейки: цветную и прозрачную. Попробуем посветить на них фонариком.
Опыт № 3. Пробуем посветить фонариком на прозрачную и непрозрачную линейку. (Приложение 2, фото 3).
Луч света прошёл сквозь прозрачную линейку и осветил стену. Я сделала вывод, что прозрачные предметы пропускают свет, а не прозрачные – нет, они образуют тень.
Опыт № 4. Пробуем направить красный и белый лучи света через красное и синее стекло. (Приложение 2, фото 4)
Нам понадобится:
красное и синее стекло
фонарик с красным лучом (лазер)
фонарик с бельм лучом (обычный фонарик)
белый лист бумаги
Вывод:
Белый луч света прошёл через красное стёклышко и принял цвет красного стекла. Точно также и синий луч, на белом листе я увидела синий цвет.
Красный луч света прошёл через красную линейку и осветил стену. Через синюю линейку, красный луч не проходит.
Красное стекло пропускает лучи только красного цвета, остальные сквозь нее не проходят.
Опыт № 5. Пробуем посмотреть через красное и синее стеклышко на надпись красного цвета. (Приложение 2, фото 5)
Нам понадобится:
красное и синее стёклышко
белый лист бумаги надписью красного цвета
Глядя, через красное стеклышко, красная надпись исчезает. Стекло пропускает только красные лучи, и лист бумаги становится красным и сливается с надписью. Глядя, через синее стёклышко, надпись становиться чёрной.
Ну а теперь попробуем создать «радугу» дома пользуясь полученными данными.
Эксперимент № 1. Пробуем получить радугу с помощью воды и зеркала. (Приложение 3, фото 1).
Нам понадобится:
ёмкость с водой
зеркало
фонарик
белая бумага*
*В домашних условиях белый лист бумаги можно заменить на светлый потолок или стены, белую дверцу холодильника.
Нужно поставить зеркало в воду под небольшим углом. Поймать зеркалом солнечный луч и направить его на стену. Поворачивать зеркало до тех пор, пока не увидите спектр. Вода выполняет роль призмы, разлагающей свет на составляющие его цвета.
В результате на листе бумаги появилось отражение всех цветов радуги, я смогла получить радугу в «домашних» условиях.
Вывод: пучок света, отражённый зеркалом на выходе из воды, преломляется. Цвета, составляющие белый цвет, имеют разные углы преломления, поэтому они падают в разные точки и становятся видимыми.
Эксперимент № 2. Пробуем получить радугу с помощью диска. (Приложение 3, фото 2).
Нам понадобится:
CD-диск
фонарик
белая бумага
Нужно взять диск и держать его так, чтобы на его зеркальную поверхность попадали лучи. Направьте свет с помощью диска на белый лист бумаги. Изменяйте наклон CD-диска, и тогда Вы увидите множество радужных узоров. У меня получалась и радужная полоска и радуга по кругу.
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.
Проведенные мной эксперименты, доказали, что белый свет можно разложить на множество разных цветов, из которых он состоит, и сделать это можно в домашних условиях. Исходя из этого, первая моя гипотеза подтвердились.
Эксперимент № 3. Пробуем увидеть красоту прозрачных предметов с помощью поляризационных очков. (Приложение 4)
Нам понадобится:
поляризационная плёнка
оправа для очков
компьютер
прозрачный предмет
Мы вместе с дедушкой, разобрали монитор и аккуратно сняли поляризационную плёнку. Мы нашли оправу для очков. Аккуратно вырезали пленку по форме очков и вставили плёнку в очки.
Нужно быть внимательным! Плёнку нужно расположить под таким углом, что бы монитор включенного компьютера стал чёрным.
Я надела самодельные очки, подошла к монитору включенного компьютера и стала разглядывать прозрачные предметы. Прозрачная линейка в поляризованном свете стала переливаться всеми цветами радуги. Какая красота открылась передо мной! Крышки от контейнеров, коробочки от компакт-дисков и другие прозрачные предметы переливались всеми цветами радуги. Эта игра красок невооруженному глазу недоступна: она возникает только в поляризованном свете.
Вторая моя гипотеза подтвердилась. Действительно, с помощью поляризованных пленок можно увидеть прозрачные предметы цветными!
Выступив с проектом в классе, учитель, предложила мне попробовать сделать картинку из прозрачных предметов. Мы узнали что, существует такое искусство рисунки поляризованным светом (красками из радуги). Поляризованный свет, свойства которого давно используются в промышленности и науке, в XXI веке облюбовали художники.
Художница Остин Вуд-Комароу создаёт яркие и красочные картины из целлофана и поляризованных плёнок. Такая картина называется полаж (polage) - это сочетание двух слов: поляризация и коллаж. (Приложение 5) Её работы находятся в Музее науки в Бостоне, Музее естественной истории и науки в Альбукерке, Городке науки и индустрии в Париже.
Эксперимент № 4. Пробуем создать картину из целлофана и поляризационных плёнок. (Приложение 6)
Нам понадобится:
поляризационная плёнка – 2 шт.;
целлофановые пакеты;
стеклянные рамки для фотографий – 2 шт.
Из целлофана я вырезала различные фигурки, сминала целлофан и различно его укладывала. Мы поместили свою работу между поляризационных пленок. Для удобства мы взяли две рамки для фотографий. Посмотрев на дневной солнечный свет, моя картина заиграла красками. Таким образом, мы разбили белый свет на составляющие цвета.
В моей работе нет ни капли краски и это завораживает. Картина – это игра света. Рисунок оживает при повороте поляризационной плёнки, цвета начинают меняться и играть радужной красотой. Это настоящие «краски из радуги»!
Заключение
В результате проделанной работы я убедилась, что белый луч света состоит из цветов спектра, которые называют радугой.
Опытным путём я доказала, что радугу можно получить в домашних условиях и в любое время года любоваться этим красивейшим природным явлением. Я познакомилась с различными способами получения радуги в домашних условиях и могу научить этому других.
Мы пришли к выводу о том, что цвет предмета зависит от его способности по-разному поглощать, отражать и пропускать (если предмет прозрачный) свет.
Осуществление данного проекта позволило мне развить свои навыки работы с дополнительной литературой, умение проводить эксперименты, проводить анализ полученных результатов, обосновывать итоги исследований.
Во время работы над проектом я узнала о существовании поляризованного света. С помощью поляризационных пленок можно увидеть прозрачные предметы цветными и сделать это можно в домашних условиях.
Мы попробовали создать свою картину из целлофана, которая заиграла всеми красками радуги в поляризованном свете.
Нас окружает разноцветный мир. Прозрачные предметы на самом деле переливаются всеми цветами радуги!
Поставленная мной цель - выяснить цвет прозрачных предметов и его применение в жизни человека, была мной достигнута. Выдвинутые мною гипотезы подтвердились.
Эту тему необходимо изучать, потому что данное явление играет важную роль в жизни человека: в радиоэлектронике, промышленности, оптике, дефектоскопии, геологии, искусстве.
В дальнейшем в этом направлении хочу продолжить исследовать природу цвета и света, почему некоторые люди видят цвета по-разному.
Используемые источники информации
Апресов С. Красками из радуги. Как рисовать поляризованным светом. – Популярная механика, №2, 2009
Багрова Л.А. Детская энциклопедия. Я познаю мир М.: Аванта, 2000
Гальперштейн Л. Забавная физика: научно-популярная книга. - М.: Дет. лит, 1993
Лукьянова А.В. Настоящая физика для мальчиков и девочек. - М.: "Интеллект-центр", 2007
Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты //Квант, 1999.
Ола Ф., Дюпре Ж.-П. и др. Занимательные эксперименты и опыты. - М.: Айрис-пресс, 2013
Перельман Я.И. Занимательные задачи и опыты, 1959
Рабиза Р.В. Простые опыты. Забавная физика для детей. Москва: изд.-во «Детская литература», 2000
Станков Б.И. История физики.
Томилин А., Сергеев Б. Большая энциклопедия начальной школы. Вопрос-ответ. - М.: ЗАО "ОЛМА Медиа Групп", 2011
Хомич Е.О. Что? Зачем? Почему?. - Минск: Харвест, 2010
https://www.austine.com/
https://www.popmech.ru/design/8733-kraskami-iz-radugi-kak-risovat-polyarizovannym-svetom/
https://www.nkj.ru/archive/articles/14787/
https://www.nkj.ru/archive/articles/13930/
http://fb.ru/article/209439/plenka-polyarizatsionnaya-gde-ee-primenyayut
Приложение 1
Рисунок 1. Без света, нет цвета
Рисунок 2. Спектр
Рисунок 3. Радуга
Рисунок 4. Отражение и поглощение цвета
Рисунок 5. Естественный и поляризованный свет
Рисунок 6. Поляризационные плёнки
Приложение 2
Фото 1.
Фото 2.
Фото 3.
Фото 4.
Фото 5.
Приложение 3
Фото 1.
Фото 2.
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6