Исследовательская работа

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная  школа  №11 г.Павлово

Исследовательская работа

Что такое радуга.

Получение радуги в домашних условиях.

Автор:

Никитин Даниил Александрович                                                

учащийся 2А класса

Руководитель:

                                                                   Стешова  Светлана Александровна

учитель начальных классов

г. Павлово

2014 г.

Оглавление

1. Введение

2. Что такое радуга 

         2.1. История объяснения радуги        

         2.2. Причина появления радуги

3. Получение радуги в домашних условиях        

        3.1. Опыт с мыльным пузырем

        3.2. Опыт с компьютерным диском

        3.3. Опыт с зеркалом        

4. Заключение

5. Список источников информации

1. Введение

Над землею коромысло

Разноцветное повисло.

Льются вешние лучи,

В них купаются грачи.

И омытые водою

Долгожданной дождевою

Шепчут радостно луга:

Здравствуй, радуга-дуга!

Наверное, нет человека, который не любовался бы радугой. Мне нравится смотреть на радугу, на это великолепное красочное явление на  небосводе.

Откуда появляется это впечатляющее небесное явление, эти магические цвета, которыми сияет радуга?  Мне захотелось больше изучить это природное явление. Радуга природное явление, но мы задались вопросом, как получить эффект радуги в домашних условиях?

Цель исследовательской работы – изучение природного явления – радуги.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить теоретический материал, который объясняет историю радуги.
2. Узнать о причинах появления радуги.
3. Получить доступным путем эффект радуги в домашних условиях.

2. Что такое радуга.

2.1. История объяснения радуги.

Само название «радуга» происходит от словосочетания «райская дуга». Радуга у всех на виду – она обычно наблюдается в виде двух окрашенных дуг (двух соцветных луков, о которых пишет Данте). Первым понял причину радуги немецкий монах Теодорик в 1304 г. Он создал ее на сферической колбе с водой. Однако открытие Теодорика было забыто. Общая физическая картина радуги была уже четко описана Марком Антонием де Доминисом в 1611г. На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления – при входе в каплю и при выходе из нее. Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге» (1635г.). Он провёл первые исследования формы радуги. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым. В отношении цветов радуги теория дополнена Исааком Ньютоном. Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, и цвета переходят друг в друга с плавным изменением через множество промежуточных оттенков, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение (по пифагорейским, богословским или нумерологическим соображениям). Для запоминания последовательности цветов радуги есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета. Например, такой является фраза «Каждый Охотник  Желает Знать, Где Сидит Фазан».

Итак, мы узнали, что люди с древности интересовались природным явлением радугой и пытались дать достаточно точное объяснение этому феномену.

2.2.Причины появления радуги.

Ра́дуга — атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или перед ним. Оно выглядит как дуга или окружность, составленная из цветов спектра.

Радуга – разноцветная дуга на небесном своде, образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

Как известно, свет состоит из сочетания нескольких цветов: красного, оранжевого, желтого, синего, голубого и фиолетового. Белый свет, приходящий через призму, на другой стороне отражается всеми цветами радуги. Но для того чтобы понять, что такое радуга, необходимо разобраться в этом, что происходит внутри призмы и как белый свет излучает столько цветов.

Призма – трехгранник, обычно из прозрачного стекла или пластика. Призма «рисует» мини-радугу за счет разложения сложного света в спектре, когда узкая полоска белого света попадает на одну из граней треугольника.

Рис.1. Преломление света в призме.        

Рассеивание света в призме происходит за счет так называемого «коэффициента преломления» стекла. Каждый материал имеет свой отличительный коэффициент преломления. Когда свет проходит через все разделенные цвета белого света. Это называется рассеиванием.

Капли дождя могут преломлять и рассеивать свет также как это происходит внутри призмы. При определенных условиях в результате такого преломления света на небе появляется радуга. материал (например, свет, движущийся по воздуху и попадающий в стеклянную призму), разница показателей преломления воздуха и стекла заставляют свет гнуться. Угол изгиба отличается от длины света. И поскольку белый свет проходит через две плоскости призмы, разные цвета гнуться (преломляются) и появляется нечто вроде радуги.

Саму же радугу создают капли дождя, выступающие в качестве крошечных призм. Свет попадает в каплю дождя, отражается от другой стороны капли и выходит. Во время этого процесса происходит разложение света в спектр, точно также как это происходит в прозрачной трехгранной призме. Угол между лучом входящего света и лучом выходящего света составляет 42 градуса для красного цвета и 40 градусов для фиолетового. За счет разницы углов на небе появляется округлый обод, т.е. радуга.

Основной процесс появления радуги заключается в преломлении или «изгибе» света. Свет гнется, а точнее меняет свое направление, когда передвигается из одной среды в другую. Радуга появляется за счет того, что свет перемещается с разной скоростью в разные сферы. Помимо процесса изгиба света как такового, призма разделяет белый свет на его составляющие цвета. Каждый цвет белого света имеет свою характеристическую частоту, благодаря чему цвета двигаются с разной скоростью, проходя через призму. Цвет медленно преломляется в стекле, гнется больше, попадая из воздуха в призму, поэтому, что в разной среде цвет движется с разной скоростью. Цвет, двигающийся быстрее в стекле, ослабевает не значительно, поэтому гнется не так сильно. За счет этого цвета радуги, из которых состоит белый свет, разделяются по частоте, проходя через стекло. Если стекло дважды преломляет свет, как это происходит в призме, человек намного лучше видит

Каждая капля по своему уникальна: капля имеет совершенно иной размер и консистенцию по сравнению со стеклянной призмой. Когда белый солнечный свет проникает в несколько капель дождя под определенным углом, на небе появляются красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые цвета, т.е. радуга. Замыкают радугу красный и фиолетовый цвета видимого светового спектра. Когда свет проходит по воздуху в каплю воды, составляющие цвета белого света начинают  рассеиваться, причем скорость движения каждого цвета зависит от их частоты. Фиолетовый цвет, отражается в капле, преломляется под тупым углом, а красный – под острым. С первой стороны капли некоторый свет выходит на воздух, а оставшийся  отражается назад.

Немного отраженного света выходит с левой стороны капли, и вновь происходит преломление, когда свет движется в воздухе. Таким образом, каждая капля рассеивает белый солнечный свет на его составляющие цвета. Но почему мы видим широкие цветные ленты, словно каждая дождливая область рассеивает только один определенный цвет?

Это потому что мы видим только тот цвет, который исходит из каждой капли. Когда, к примеру, капля «А» рассеивает белый свет, под определенным углом выходит только один красный свет, видимый для нашего глаза. Другие цветовые лучи преломляются под другим углом, поэтому мы их не видим.

Солнечный свет одинаково проникает в падающие капли, поэтому все ближайшие капли излучают красный свет. Скорость движения капли «Б» по небу немного ниже, поэтому она уже не сможет излучать красный цвет. Но поскольку все остальные цвета имеют меньшую волну, то капля «Б» в данном случае будет излучать оранжевый цвет и все остальные цвета радуги по убыванию. Последним замкнет радугу фиолетовый цвет с наименьшей волной свечения. Если посмотреть на радугу сверху, то можно увидеть целый круг, состоящий из семи тонких кругов разного цвета. С земли же нам видно только арку радуги, появляющейся на горизонте.

Рис. 2. Вид построения радуги (по Кольцову И.Е.)

Радуга появляется только во время ливня, когда идет дождь и одновременно светит солнце. (Рис.) Находиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть! Солнце посылает свои лучи, которые, попадая на капельки дождя, создают спектр. Солнце, ваши 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. Утренняя радуга означает, что солнце находится на востоке, а дождь идет на западе. При послеобеденной радуге солнце расположено на западе, а дождь — на востоке.

3. Получение радуги в домашних условиях

3.1. Опыт с мыльным пузырем.

Мы приготовили мыльный раствор и надули мыльный пузырь. На пузыре появилась радуга. Свет, проходя через мыльный пузырь, преломляется и распадается на цвета, в результате появляется радуга. Мыльный пузырь – это призма.

3.2. Опыт с компьютерным диском.  

        В солнечный день направили компьютерный диск на солнечный свет. Стали поворачивать его. Когда диск поймает луч света, то в результате преломления луча, на стене или на потолке появляется радуга.

3.3. Опыт с зеркалом.        

В ясный солнечный день мы взяли миску с водой, лист белого картона и маленькое зеркальце.

Поставили миску с водой на самое солнечное место. Опустили зеркальце в воду и прислонили его к краю миску. Мы поворачивали зеркальце под таким углом, чтобы на него падал яркий солнечный свет. Вода в миске выполняет  роль дождевой капли. При входе в воду видимый свет преломляется. Мы стали перемещать картон перед миской и на нём появилась отражённая «радуга».

4. Заключение

Итак, мы узнали, что радуга – разноцветная дуга на небесном своде, образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

Интересно, что радуга появляется только во время ливня, когда идет дождь и одновременно светит солнце. Находиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть!

Делая опыты, мы получили эффект радуги в домашних условиях, используя воду вместо капель дождя и яркий солнечный свет.

Итак, опытным путём мы доказали, что эффект радуги можно получить в домашних условиях и в любое время года любоваться этим красивейшим природным явлением, которое всё ещё хранит много загадок.

5. Список источников информации

1. Белкин И. К. Что такое радуга? – «Квант»1984, № 12, стр. 20.
2. Булат В. Л. Оптические явления в природе. М.: Просвещение, 1974г., 143 с.
3. Гегузин Я. Е. «Кто творит радугу?» – Квант 1988г., № 6, стр.46.
4. Майер В. В., Майер Р. В. «Искусственная радуга» – Квант 1988г., № 6, стр.48.
5. Ньютон И. Лекции по оптике.
6. Тарасов Л. В. Физика в природе. – М.: Просвещение, 1988г.