02.05.2020

Все про радугу как физическое явление. Научно - исследовательская работа по физике на тему радуга - дуга Полная радуга

Экология

Во многих культурах существуют легенды и мифы о силе радуги, люди посвящают ей произведения искусства, музыки и поэзии.

Психологи утверждают, что люди восхищаются этим природным явлением, потому что радуга является обещанием светлого, "радужного" будущего.

С технической точки зрения радуга возникает, когда свет проходит через капельки воды в атмосфере , и преломление света приводит к привычному всем нам виду изогнутой арки разных цветов.

Вот эти и другие интересные факты о радуге:

7 фактов о радуге (с фото)

1. Радугу редко можно увидеть в полдень

Чаще всего радуга возникает утром и вечером. Чтобы радуга смогла сформироваться, солнечный свет должен попасть в дождевую каплю под углом примерно 42 градуса. Это вряд ли произойдет, когда Солнце находится выше, чем под углом 42 градуса в небе.

2. Радуга появляется и ночью

Радугу можно увидеть и после наступления темноты. Такое явление называют лунной радугой. В этом случае лучи света преломляются при отражении от Луны, а не напрямую от Солнца.

Как правило, она бывает менее яркой, так как чем ярче свет, тем разноцветнее радуга.

3. Два человека не могут видеть одну и ту же радугу

Свет, отраженный от определенных дождевых капель, отражается от других капель с совершенно разного угла для каждого из нас. Это создает и разный образ радуги.

Так как два человека не могут находиться в одном и том же месте, они не могут видеть одну и ту же радугу. Более того, даже каждый наш глаз видит разную радугу.

4. Мы никогда не сможем достичь конца радуги

Когда мы смотрим на радугу, кажется, будто она передвигается вместе с нами. Это происходит потому, что свет, который ее формирует, проделывает это с определенного расстояния и угла для наблюдателя. И это расстояние всегда останется между нами и радугой.

5. Мы не можем видеть все цвета радуги

Многие из нас с детства помнят стишок, который позволяет запомнить 7 классических цветов радуги (Каждый охотник желает знать, где сидит фазан).

Каждый - красный

Охотник - оранжевый

Желает - желтый

Знать - зеленый

Где - голубой

Сидит - синий

Фазан – фиолетовый

Однако на самом деле радуга состоит из более чем миллиона цветов, включая цвета, которые человеческий глаз не может увидеть.

6. Радуга бывает двойной, тройной и даже четверной

Мы можем увидеть больше одной радуги, если свет отражается внутри капли и разделяется на составляющие цвета. Двойная радуга появляется, когда это происходит внутри капли дважды, тройная - когда трижды и так далее.

При четверной радуге, каждый раз, когда отражается луч, свет, а соответственно и радуга становится бледнее и потому последние две радуги видны очень слабо.

Чтобы увидеть такую радугу, нужно чтобы совпало сразу несколько факторов, а именно абсолютно черное облако, и либо равномерное распределение размеров дождевых капель, либо проливной дождь.

7. Вы можете сами заставить радугу исчезнуть

Используя поляризационные солнечные очки можно перестать видеть радугу. Это происходит потому, что они покрыты очень тонким слоем молекул, которые расположены в вертикальные ряды, а свет, отраженный от воды, поляризуется горизонтально. Это явление можно увидеть на видео.

Как сделать радугу?

Вы можете также сделать настоящую радугу в домашних условиях. Существует несколько методов.

1. Метод с использованием стакана воды

Наполните стакан водой и поместите его на стол перед окном в солнечный день.

Поместите листок белой бумаги на пол.

Намочите окно горячей водой.

Регулируйте стакан и бумагу, пока не увидите радугу.

2. Метод с использованием зеркала

Поместите зеркало внутри стакана наполненного водой.

Комната должна быть темной, а стены белые.

Посветите фонариком в воду, двигая его, пока не увидите радугу.

3. Метод с использованием компакт диска

Возьмите компакт- диск, и протрите его, чтобы он не был пыльным.

Положите его на плоскую поверхность, под свет или перед окном.

Смотрите на диск и наслаждайтесь радугой. Можете покрутить диск, чтобы увидеть, как передвигаются цвета.

4. Метод дымки

Используйте шланг для воды в солнечный день.

Закройте пальцем отверстие шланга, создавая дымку

Направьте шланг в сторону Солнца.

Посмотрите на дымку, пока не увидите радугу.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение 3

Глава 1. Литературный анализ по теме исследования 5

1.1. Исторический аспект изучения темы 5

1.2. Основные понятия изучаемой проблемы 6

1.3. Характеристика видов радуги 9

Глава 2. Экспериментальная часть 11

2.1. Методика экспериментальной работы 11

2.2. Результаты экспериментальной работы 14

Заключение 17

Список литературы 18

Приложение 1. 19

Приложение 2. 21

Приложение 3. 22

Приложение 4. 26

Приложение 5. 28

Введение

Актуальность.

Наверное, нет человека, который не любовался бы радугой. Это великолепное красочное явление на небосводе издавна привлекало всеобщее внимание. Её считали доброй предвестницей, приписывали ей магические свойства. Все знают, что волшебными свойствами радуга может обладать лишь в сказках, а в действительности радуга - это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя. Однако не все знают, как именно образуется радуга. Когда и как её можно увидеть? Можно ли экспериментально исследовать радугу? Как получить искусственную радугу? Ответы на эти и многие другие вопросы даются в этой работе.

Объект исследования: природное явление - радуга.

Предмет исследования: способы получения радуги.

Я выдвинула следующую гипотезу: используя разные лабораторные установки, можно получить искусственную радугу и исследовать ее физические свойства в лабораторных условиях.

Цель моего исследования: выявить физические свойства радуги и экспериментально апробировать способы её получения в лабораторных условиях.

Поставленную цель я достигала, решая задачи:

собрать информацию о способах получения, свойствах и видах радуги;

сконструировать лабораторные установки для получения радуги и апробировать их в домашних условиях;

проанализировать теоретические и практические результаты своей работы.

Этапы исследования:

собрать информацию о видах и свойствах радуги (спросить у родителей, прочитать в книге, найти в Интернете);

подобрать экспериментальные работы по получению искусственной радуги;

сконструировать лабораторные установки для получения искусственной радуги;

провести эксперимент;

сравнить теоретический и практический результат по получению искусственной радуги;

оформить научно-исследовательскую работу;

подготовить доклад и презентацию к защите работы.

Методы и приемы: наблюдение, эксперимент, анализ.

Глава 1. Литературный анализ по теме исследования

1. Исторический аспект изучения темы

В русских летописях радуга называется «райской дугой» или сокращенно «райдуга». В Древней Греции радугу олицетворяла богиня Ирида («Ирида» означает «радуга»). По представлениям древних греков, радуга соединяет небо и землю, и Ирида была посредницей между богами и людьми. Радуга физическое явление. 8

Радуга всегда связывается с дождем. Она может появиться и перед дождем, и во время дождя, и после него, в зависимости от того, как перемещается облако, дающее ливневые осадки.

Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, но его тело и рукописи были сожжены. 8

Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия — разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. 3

Несмотря на то, что теория радуги Декарта — Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.

1. Основные понятия изучаемой проблемы

Обычная радуга — это цветная дуга угловым радиусом 42°, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности Земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу, — антисолярная точка. Внешняя дуга радуги красная, за нею идет оранжевая, желтая, зеленая дуги и т. д., кончая внутренней фиолетовой. 2

Дело в том, что более или менее сферическая капля, освещенная параллельным пучком лучей солнечного света, может образовать радугу только в виде круга.

Сколько же лучей радуги в пучке света, падающего на каплю? Их много, по существу, они образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек их падения на каплю это целая окружность.

В результате прохождения через каплю и преломления в ней цилиндр белых лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая, далее идет зеленая и т. д., кончая внутренней фиолетовой. 4

Размер и форма капель и их влияние на вид радуги

Вид радуги — ширина дуг, расположение и яркость цветовых тонов, положение дополнительных дуг очень сильно зависят от размера капель дождя. По виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. Чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче. Особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой, с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг. 8

Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Вертикальное сечение таких капель приближается к эллипсу.

Можно ли видеть целый круг радуги? С поверхности Земли можно наблюдать радугу в лучшем случае в виде половины круга, когда Солнце находится на горизонте. Когда Солнце поднимается, радуга уходит под горизонт. С самолета или с вертолета можно наблюдать радугу в виде целого круга. 8

Расчеты по формулам дифракционной теории, выполненные для капель разного размера, показали, что весь вид радуги — ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнитель-ных дуг очень сильно зависят от размера капель дождя. Приведем основные характеристики внешнего вида радуги для капель разных радиусов. 5

Радиус капель 0,5 —1 мм. Наружный край основной радуги яркий, темно-красный, за ним идет светло-красный и далее чередуются все цвета радуги. Особенно яркими кажутся фиолетовый и зеленый. Дополнительных дуг много (до пяти), в них чередуются фиолетово-розовые тона с зелеными. Дополнительные дуги непосредственно примыкают к основным радугам.

Радиус капель 0,25 мм. Красный край радуги стал слабее. Остальные цвета видны по-прежнему. Несколько фиолетово-розовых дополнительных дуг сменяются зелеными.

Радиус капель 0,10 —0,15 мм. Красного цвета в основной радуге больше нет. Наружный край радуги оранжевый. В остальном радуга хорошо развита. Дополнительные дуги становятся все более желтыми. Между ними и между основной радугой и первой дополнительной появились просветы.

Радиус капель 0,04 —0,05 мм. Радуга стала заметно шире и бледнее. Наружный край ее бледно-желтый. Самым ярким является фиолетовый цвет. Первая дополнительная дуга отделена от основной радуги довольно широким промежутком, цвет ее белесый, чуть зеленоватый и беловато-фиолетовый.

Радиус капель 0,03 мм. Основная радуга еще более широкая с очень слабо окрашенным чуть желтоватым краем, содержит отдельные белые полосы.

Радиус капель 0,025 мм и менее. Радуга стала совсем белой. Она при-мерно в два раза шире обычной радуги и имеет вид блестящей белой полосы. Внутри нее могут быть дополнительные окрашенные дуги, сначала бледно-голубые или зеленые, затем белесовато-красные. 1

Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. В целом, чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче, особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непо-средственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг.

Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Вертикальное сечение таких капель приближается к элипсу. Расчеты показали, что минимальное отклонение красных лучей при прохождении через сплющенные капли радиусом 0,5 мм составляет 140°. Поэтому угловой размер красной дуги будет не 42°, а только 40°. Для более крупных капель, например радиу-сом 1,0 мм, минимальное отклонение красных лучей составит 149°, а крас-ная дуга радуги будет иметь размер 31°, вместо 42°. Таким образом, чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги. 7

1. Характеристика видов радуги

Бывают ли радуги без дождя или без полос падения дождя? Бывают — в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды с сиропом или прозрачного масла. Размеры капель варьировались от 1,5 до 4,5 мм. Тяжелые капли вытягивались под действием силы тяжести, и их сечение представляло собою эллипс. При освещении капельки лучом гелий-неонового лазера появлялись не только первая и вторая радуги, но и необычайно яркие третья и четвертая, с центром вокруг источника света (в данном случае лазера). Иногда удавалось получать даже пятую и шестую радуги. Эти радуги, как первая и вторая, снова были в стороне, противоположной источнику. Правда, эти радуги были одноцветными, красными, так как образованы не белым источником света, а монохроматическим красным лучом. 8

Туманная радуга

В природе встречаются белые радуги. Они появляются при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом 0,025 мм или менее. Их называют туманными радугами. Кроме основной радуги в виде блестящей белой дуги с едва заметным желтоватым краем наблюдаются иногда окрашенные дополнительные дуги: очень слабая голубая или зеленая дуга, а затем белесовато-красная.

Аналогичного вида белую радугу можно увидеть, когда луч прожектора, расположенного сзади вас, освещает интенсивную дымку или слабый туман перед вами. Даже уличный фонарь может создать, хотя и очень слабую, белую радугу, видимую на темном фоне ночного неба. 6

Лунные радуги

Аналогично солнечным могут возникнуть и лунные радуги. Они более слабые и появляются при полной Луне. Лунные радуги явление более редкое, чем солнечные. Для их возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками, и выпадение ливневого дождя или полос его падения (не достигающих Земли).

Радуги, образованные лунными лучами, не радужные и выглядят как светлые, совершенно белые дуги. Отсутствие красного цвета у лунных радуг даже при крупных каплях дождя объясняется низким уровнем освещения ночью, при котором полностью теряется чувствительность глаза к лучам красного цвета. Остальные цветные лучи радуги также теряют в значительной степени свой цветовой тон из-за неокрашенности ночного зрения человека. 8

Глава 2. Экспериментальная часть 2.1. Методика экспериментальной работы

Для получения радуги в лабораторных условиях существует множество способов и методик, мы в своей работе использовали следующие:

Опыт 1. Радуга в тазике.

Оборудование и материалы: стеклянная ёмкость; вода; зеркало.

Ход работы:

Оборудование и материалы: стеклянная ёмкость; вода; зеркало; белый лист бумаги; фонарик.

Ход работы:

Солнечным днём наполни большую стеклянную ёмкость водой. Затем опусти в воду зеркало. Подвигай это зеркало и найди такое его положение, при котором на стенках комнаты образуется радуга. Можешь зафиксировать положение зеркала.Дай воде успокоиться для того, чтобы радуга получилась более отчетливо. Дополнительно поставить перед тазиком с водой и зеркалом лист белой бумаги, направите свет фонарика на погруженную в воду часть зеркала, радуга появится на листе бумаги. Потом нарисуй или сфотографируй радугу так, как ты ее увидел.

Опыт 3. Радуга в коробке.

Оборудование и материалы: картонная коробка; канцелярский нож; компакт-диск типа CD-R; пластмассовая трубка; клей; фонарик; свечка; люминесцентная лампа.

Ход работы:

Возьмите большую картонную коробку. В ее боковой стенке прорежьте вертикальную щель высотой в несколько сантиметров и шириной от 3 до 5 миллиметров. Она будет придавать потоку света форму тонкой полоски, простирающейся в вертикальной плоскости. На противоположной стенке коробки поместить чистый компакт-диск типа CD-R.

Теперь в боковой стенке коробки прорежьте отверстие под трубку для наблюдения спектра. Несмотря на то, что трубка имеет круглое сечение, отверстие должно быть овальным, чтобы ее можно было поворачивать в горизонтальной плоскости.

Вставьте трубку в отверстие. Направьте щель на источник света. Загляните в трубку, и, поворачивая ее, найдите спектр и рассмотрите его.

Попробуйте пронаблюдать с помощью спектроскопа спектры различных источников света: солнца, лампы накаливания, люминесцентной лампы, свечи, светодиодов разных цветов.

Спектры, полученные при помощи спектроскопа, можно фотографировать веб-камерой или цифровым фотоаппаратом.

Оборудование и материалы: лист фанеры, нож, фонарь, лист белой бумаги, компакт-диск, карандаши, фотоаппарат.

Ход работы:

Возьмите лист фанеры, пластмассы или другого легкообрабатываемого непрозрачного материала. Его размеры должны быть примерно 300 на 300 миллиметров, толщина не критична. Прорежьте в его середине прямую щель длиной около 100 и шириной порядка 4 миллиметров.

Расположите лист вертикально. Сделайте для него подставку, чтобы его не требовалось держать в руках, ведь вам придется удерживать в них еще два предмета, затемните помещение.

Включите точечный источник света с непрерывным спектром. Это может быть, например, карманный фонарик на основе лампочки накаливания. Расположите его примерно в 500 миллиметрах от щели.

С противоположной стороны щели разместите под углом в 90 градусов лист обычной бумаги. Закрепите его.

Возьмите обычный компакт-диск (темный, например, RW, не подойдет). Расположите его между щелью и листом бумаги так, чтобы на него проецировался спектр.

Удерживая фонарик и диск, попросите помощника сфотографировать получившуюся радугу.

Держите фонарик и диск так, чтобы спектр не сдвигался. Обратите внимание на то, что к сдвигу диска он заметно чувствительнее, чем к сдвигу фонарика.

Затем попросите помощника взять цветные карандаши или фломастера. Пусть помощник обведет спектр карандашами или фломастерами тех цветов, которые соответствуют проецируемым.

Снимите получившийся лист, после чего отключите фонарь и разберите установку. Включите свет в помещении. Сравните получившиеся фотографию и рисунок между собой.

Ответьте на вопрос, почему цвета в любом спектре всегда расположены в одинаковом порядке?

Опыт 5. Радужный фонтан.

Оборудование и материалы: консервная банка, ножницы, электрическая лампочка, вода.

Ход работы:

В высокой консервной банке на высоте 5 см от дна надо просверлить круглое отверстие диаметром 5 - 6 мм. Электрическую лампочку с патроном надо аккуратно обернуть целлофановой бумагой и расположить ее напротив отверстия. В банку надо налить воды. Открыв отверстие, получим струю, которая будет освещена изнутри. В темной комнате она ярко светится и опят выглядит очень эффектно.

2.2. Результаты экспериментальной работы

Мы с мамой и папой дома проделали опыты, описанные в пункте 2.1. Результаты, полученные в ходе экспериментальной части работы можно описать следующим образом:

Опыт 1. Радуга в тазике.

Наполнили стеклянную чашку водой. Затем опустили в воду зеркало и осветили его фонариком. Подвигали зеркало, и нашли такое положение, при котором на стенках комнаты образовалась радуга. Когда вода успокоилась, радуга получилась более отчетливой.

Наблюдения:

Мы получили вид радуги, отражающийся на зеркале (приложение 1). 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.

Опыт 2. Радуга на белом листе.

Все осталось из опыта 1, только дополнительно поставили перед чашкой с водой лист белой бумаги, направили свет фонарика на зеркало, радуга появится на листе бумаги.

Наблюдения:

Нам удалось поймать зеркалом лучик, который подарил нам вот такую радугу... (приложение 2).

Опыт 3. Радуга в коробке.

Мы взяли большую картонную коробку. В ее боковой стенке прорезали вертикальную щель, на противоположной стенке коробки поместили чистый компакт-диск. В боковой стенке коробки прорезали отверстие под трубку для наблюдения спектра.

Вставили трубку в отверстие. Направили источник света на щель. Заглянули в трубку, и, поворачивая ее, нашли спектр.

Мы сфотографировали спектры, полученные при помощи домашнего спектроскопа, и сравнили их.

Наблюдения:

Освещая диск разными источниками света(фонариком, лампой накаливания) мы получили спектры одинакового состава, что видно на фотографиях (приложение 3).

Опыт 4. Изучение расположения цветов в радуге.

Из листа фанеры мы сделали подставку. В середине одной стороны прорезали прямую щель. Расположили лист белой бумаги вертикально. Затемнили помещение. Компакт-диск разместили между щелью и листом бумаги так, чтобы на него падали лучи света. Карманным фонариком осветили щель.

Наблюдения:

На листе бумаги появляется радуга (приложение 4), цвета в любом спектре всегда расположены в одинаковом порядке.

Опыт 5. Радужный фонтан.

В высокой консервной банке папа просверлил круглое отверстие. В банку мы налили воды. Электрическую лампочку с патроном аккуратно расположили напротив отверстия. В темной комнате открыли отверстие.

Наблюдения:

Получили струю, которая освещена изнутри, она ярко светится. На пути струи подставили палец, и вода разбрызгивалась в виде фонтан, у которого выбрасываемые струи освещаются изнутри (приложение 5).

Заключение

Выполнив эту работу, я убедилась, как много удивительного, поучительного, полезного для практики может заключаться, в хорошо знакомом явлении преломлении света.

В ходе своего исследования я сформулировала следующие выводы :

Для получения радуги в лабораторных условиях существует множество способов и методик.

В экспериментальной части приведено описание нескольких установок, с помощью которых искусственная радуга была получена в домашних условиях.

Полученные результаты при исследовании радуги могут быть интересны и полезны как для стороннего наблюдателя, так и для школьников.

В заключении необходимо отметить, что радуга - очень интересное явление, изучение которого требует больших усилий и является очень познавательным, а практическая ценность работы состоит в том, что полученные материалы могут быть использованы учителями начальных классов при проведении уроков и занятий по ознакомлению с окружающим миром.

Список литературы

«Большая Энциклопедия Кирилла и Мефодия».

Белкин И.К. Что такое радуга? - «Квант» 1984, № 12, С. 20.

Булат В.Л. Оптические явления в природе. М.: Просвещение, 1974 г., 143 с.

Гегузин Я.Е. «Кто творит радугу?» - «Квант» 1988г., № 6, С. 46.

Зверева С.В. В мире солнечного света. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

Майер В.В., Майер Р.В. «Искусственная радуга» - «Квант» 1988 г., № 6, С.48.

Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988.

http://www.allbest.ru

Приложение 1.

Фотографии результатов опыта 1

Рисунок 1. Подготовка оборудования к работе.

Рисунок 2. Устанавливаем зеркало в тарелку с водой.

Рисунок 3. Общий вид радуги на стене.

Рисунок 4. Увеличенное отражение радуги.

Приложение 2.

Фотографии результатов опыта 2

Рисунок 5. Отражение радуги на листе бумаги.

Рисунок 6. Вид радуги на листе белой бумаги.

Приложение 3.

Фотографии результатов опыта 3

Рисунок 7. Подготовка спектроскопа из картонной коробки.

Рисунок 8. Подготовка спектроскопа из картонной коробки.

Рисунок 9. Освещение диска с помощью фонарика.

Рисунок 10. Наблюдаем за появлением радуги в коробке.

Рисунок 11. Сектор радуги, который мы получили при освещении фонариком со светодиодными лампами.

Рисунок 12. Сектор радуги, который мы получили при освещении фонариком со светодиодными лампами.

Рисунок 13. Сектор радуги, который мы получили при освещении лампой накаливания.

Рисунок 14. Сектор радуги, который мы получили при освещении лампой накаливания.

Приложение 4.

Фотографии результатов опыта 4

Рисунок 15. Макет из фанеры.

Рисунок 16. Компакт-диск, с помощью которого будет преломляться свет.

Рисунок 17. Радуга на листе бумаги (А и Б).

Приложение 5.

Фотографии результатов опыта 5

Рисунок 18. Установка для получения радужного фонтана.

Рисунок 19. Наливаем воды в установку для получения радужного фонтана.

Рисунок 20. Открываем отверстие и получаем радужную струю.

Рисунок 21. Получение радужного фонтана.

Окологоризонтальная дуга.

Известна как “огненная радуга”. Цветные полосы возникают прямо на небосводе в результате прохождения света через кристаллы льда в перистых облаках, покрывая небо “радужной пленкой”. Этот природный феномен очень трудно увидеть, так как и кристаллы льда, и солнечный свет должны оказаться под определенным углом друг к другу, чтобы создать эффект “огненной радуги”

Призрак Броккена.

В некоторых районах Земли можно наблюдать удивительное явление: человек, стоящий на холме или горе, за спиной которого восходит или заходит солнце, обнаруживает, что его тень, упавшая на облака, становится неправдоподобно огромной. Это происходит из-за того, что мельчайшие капли тумана особым образом преломляют и отражают солнечный свет. Свое название явление получило по имени вершины Броккен в Германии, на которой, из-за частых туманов, можно регулярно наблюдать этот эффект.

Околозенитная дуга.

Околозенитная дуга - это дуга с центром в точке зенита, расположенная выше Солнца приблизительно на 46 градусов. Она видна редко и только в течение нескольких минут, имеет яркие цвета, четкие очертания и всегда параллельна горизонту. Стороннему наблюдателю она напомнит улыбку Чеширского Кота или перевернутую радугу.

Туманная радуга.

Туманный ореол похож на бесцветную радугу. Как и обычная радуга, этот ореол образуется путем преломления света через водяные кристаллы. Однако, в отличие от облаков, формирующих обычную радугу, туман, рождающий этот ореол, состоит из более мелких частиц волы, и свет, преломляясь в крошечных капельках, не расцвечивает его.

Глория.

Когда свет подвергается эффекту обратного рассеивания (дифракция света, ранее уже отраженного в водяных кристаллах облака), он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, и образует эффект, получивший название “Глория”. Наблюдать этот эффект можно только на облаках, которые находятся прямо перед зрителем или ниже его, в точке, которая находится на противоположной стороне к источнику света. Таким образом, увидеть Глорию можно только с горы или из самолета, причем источники света (Солнце или Луна) должны находиться прямо за спиной наблюдателя. Радужные круги Глории в Китае еще называют Светом Будды. На этой фотографии прекрасный радужный ореол окружает тень воздушного шара, упавшую на находящееся ниже него облако.

Гало в 22 градуса.

Белые световые окружности вокруг Солнца или Луны, которые возникают в результате преломления или отражения света находящимися в атмосфере кристаллами льда или снега, называются гало. В атмосфере присутствуют небольшие кристаллы воды, и когда их грани образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, того, кто наблюдает эффект, и кристаллы, на небе становится виден характерный белый ореол, окружающий Солнце. Так грани отражают лучи света с отклонением на 22 градуса, образуя гало. В холодное время года гало, образованные кристаллами льда и снега на поверхности земли, отражают солнечный свет и рассеивают его в разных направлениях, образуя эффект под названием “бриллиантовая пыль”.

Радужные облака.

Когда Солнце располагается под определенным углом к капелькам воды, из которых состоит облако, эти капли преломляют солнечный свет и создают необычный эффект “радужного облака”, окрашивая его во все цвета радуги. Своей расцветкой облака, как и радуга, обязаны различной длине волн света.

Лунная дуга.

Темное ночное небо и яркий свет Луны часто порождают явление, именуемое “лунной радугой” - радуга, появляющаяся в свете Луны. Такие радуги располагаются на противоположной от Луны стороне небосвода и чаще всего кажутся абсолютно белыми. Впрочем, иногда их можно увидеть во всей красе.

Паргелий.

“Паргелий” в переводе с греческого - “ложное солнце”. Это одна из форм гало (см. пункт 6): на небе наблюдается одно или несколько дополнительных изображений Солнца, расположенных на той же высоте над горизонтом, что и настоящее Солнце. Миллионы кристаллов льда с вертикальной поверхностью, отражающие Солнце, и образуют это красивейшее явление.

Радуга.

Радуга - самое красивое атмосферное явление. Радуги могут принимать различные формы, общим для них является правило расположения цветов - в последовательности спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Радуги можно наблюдать, когда Солнце освещает часть неба, а воздух насыщен капельками влаги, например, во время или сразу после дождя. В древности появлениям радуги на небе придавали мистический смысл. Увидеть радугу считалось хорошим предзнаменованием, проехать или пройти под ней сулило счастье и успех. Двойная радуга, как говорили, приносит удачу и исполняет желания. Древние греки верили, что радуга - это мост на небо, а ирландцы считали, что на другом конце радуги находится легендарное золото лепреконов.

Северное сияние.

Свечение, наблюдаемое на небе в полярных областях, называют северным, или полярным сиянием а так же южным - в Южном полушарии). Предполагается, что этот феномен существует также и в атмосферах других планет, например Венеры. Природа и происхождение полярных сияний - предмет интенсивных исследований, и в этой связи были разработаны многочисленные теории.” Полярные сияния, как считают ученые, возникают вследствие бомбардировки верхних слоев атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный м южный магнитные полюса (авроральные овалы)”.

Конденсационный (инверсионный) след.

Конденсационные следы - это белые полосы, оставляемые в небе самолетами. По своей природе они являются сконденсированным туманом, состоящим из влаги, находящейся в атмосфере и выхлопных газах двигателей. Чаще всего эти следы недолговечны - под воздействием высоких температур они попросту испаряются. Однако некоторые из них спускаются в более низкие слои атмосферы, образуя перистые облака. Экологи считают, что преобразованные таким образом конденсационные следы самолетов оказывают негативное влияние на климат планеты. Тонкие высотные перистые облака, которые получаются из видоизмененных самолетных следов, препятствуют прохождению солнечных лучей и как следствие понижают температуру планеты, в отличие от обычных перистых облаков, которые способны сохранять тепло земли.

След выхлопных газов ракеты.

Воздушные потоки в высоких слоях атмосферы деформируют инверсионные следы космических ракет, а частички выхлопных газов преломляют солнечный свет и окрашивают следы во все цвет радуги. Огромные разноцветные завитки тянутся на несколько километров по всему небу перед тем, как испариться.

Поляризация.

Поляризация - это ориентированность электромагнитных колебаний световой волны в пространстве. Поляризация света возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но человеческий глаз, как правило, не способен уловить изменение цветовых оттенков в результате усиления эффекта поляризации. Этот снимок, сделанный при помощи широкоугольного объектива с поляризационным фильтром показывает, какой интенсивно-синий цвет придает небу электромагнитный заряд. Такое небо мы можем увидеть только через фильтр фотокамеры.

Звездный след.

Невидимый невооруженным глазом “звездный след” можно запечатлеть на фотокамеру. Этот снимок был сделан ночью, при помощи камеры, установленной на штатив, с полностью открытой диафрагмой объектива и более чем часовой выдержкой. На фотографии показано “движение” звездного неба - естественное изменение положения Земли в результате вращения заставляет звезды “двигаться”. Единственная неподвижная звезда - Полярная, которая указывает на астрономический Северный полюс.

Сумеречные лучи.

Сумеречные лучи - расходящиеся пучки солнечного света, которые становятся видны благодаря освещению ими пыли в высоких слоях атмосферы. Тени от облаков образуют темные полосы, а между ними распространяются лучи. Этот эффект наблюдается, когда Солнце находится низко над горизонтом перед закатом или после рассвета.

Мираж.

Оптический эффект, обусловленный преломлением света при прохождении через слои воздуха разной плотности, выражается в возникновении обманного изображения - миража. Миражи можно наблюдать в жарком климате, особенно в пустынях. Ровная поверхность песка вдалеке становится похожей на открытый источник воды, особенно если смотреть вдаль с дюны или холма. Похожая иллюзия возникает в городе в жаркий день, на нагретом лучами солнца асфальте. На самом деле “водная поверхность” - это ни что иное, как отражение неба. Иногда миражи показывают целые объекты, находящиеся на большом расстоянии от наблюдателя.

Столбы света.

Плоские кристаллы льда отражают свет в верхних слоях атмосферы и образуют вертикальные столбы света, словно выходящие из земной поверхности. Источниками света могут являться Луна, Солнце или огни искусственного происхождения.

А это явление, которое жители острова Мадейра, что в Атлантическом океане, наблюдали однажды, не поддается никакой классификации.

Введение стр. 3

Глава 1. Природное явление - радуга стр. 4

Глава 2. Получение радуги в домашних условиях стр. 7

Заключение стр. 8

Список источников и литературы стр. 9

Приложение № 1 стр. 10

Приложение № 2 стр. 11

Приложение № 3 стр. 11

Приложение № 4 стр. 12

Приложение № 5 стр. 12

Приложение № 6 стр. 13

Приложение № 7 стр. 14

Приложение № 8 стр. 15

Приложение № 9 стр. 15

Введение

Разноцветное коромысло через реку повисло

(Загадка, ответ - радуга)

Каждый человек хотя бы раз в жизни любовался чудесным природным явлением - радугой.

Как правило, радуга появляется после дождя.

Я много раз видел радугу, и всегда ее появление приводило меня в восторг. Летом в один из солнечных дней начался дождь: теплый, мелко моросящий. После того как он прекратился, я первым увидел в небе радугу.

Я захотел узнать - что же такое радуга и как она появляется.

Цель исследования: определить, какая существует связь между дождем, солнцем и появлением радуги, и можно ли получить радугу в домашних условиях.

Объект исследования - природное явление радуга.

Предмет исследования - происхождение радуги.

Задачи исследования - найти ответы на следующие вопросы:

Как появляется радуга?

Радуга появляется только в солнечную погоду или ее можно увидеть ночью?

Можно ли получить радугу в домашних условиях?

Выдвинутые гипотезы (предположения):

Предположим, что радуга появляется только в солнечный день после дождя.

Предположим, что ночью радугу в природе увидеть невозможно.

Предположим, что радугу можно получить, если заменить солнечные лучи искусственным источником света.

Основные методы: изучение литературы, наблюдение, эксперимент.

Природное явление - радуга

Что же такое радуга? Почему в небе появляется такая красочная, цветная дуга?

На данные вопросы я нашел ответы в детских энциклопедиях.

Солнечным днем в любой момент можно увидеть радугу - достаточно взять шланг и начать поливать цветы в саду. Если при этом встать спиной к солнцу, то обязательно увидишь радугу, которая появляется от лучей солнца, освещающих водные брызги.

Так же возникает и настоящая радуга, только в этом случае солнечные лучи проходят не сквозь мелкие брызги воды, а сквозь завесу дождя, который идет где-то в отдалении. Радуга появляется, когда мы стоим спиной к солнцу, а перед нами идет дождь.

Но ведь обычный солнечный свет мы видим как белый или бесцветный. Почему же проходя через брызги воды, солнечные лучи образуют радугу?

Оказывается, свет вовсе и не белый, на самом деле он состоит из разных цветов. Когда солнечный свет проходит сквозь воздух, мы видим его как белый свет. Но стоит на пути солнечных лучей появиться дождевой капле, как солнечный луч, проходя через эту каплю и дважды преломляясь, образует радугу: составляющие солнечный луч разноцветные лучи изменяют свое направление и отклоняются на неодинаковые углы - расходятся в виде веера (преломляются). Свет разбивается, потому что более короткие волны такие, как синие, изгибаются сильнее, чем более длинные, такие как красные. Разрозненные лучи отражаются обратной стороной капель и на выходе снова преломляются. Эти лучи попадают в наш глаз порознь, в виде яркой радуги.

Радуга - это множество отдельных дождевых капель, выполняющих роль крошечных зеркал. Они сначала преломляют падающие на них солнечные лучи, разлагая белый свет на все цвета, а потом отражают своей внутренней стороной, делая их доступными нашему глазу (приложение № 1).

Каждый цвет радуги получается благодаря тому, что разные лучи выходят из преломляющей капли дождя (призмы) под разными друг от друга углами, и мы видим четкие аккуратные полоски разных цветов.

Количество этих цветов всегда 7 и они расположены в строгой последовательности - у каждого цвета свое строго закрепленное за ним место.

Когда солнечный свет попадает на скошенный торец зеркала, грань стеклянной призмы или поверхность мыльного пузыря, то нам удается увидеть в нем целый набор цветов. В каждом из этих случаев происходит то, что белые лучи распадаются в соответствии с длинами волн на красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые цвета.

В результате перед нашими глазами предстает полоска, состоящая из параллельных линий разного цвета, причем на их границах один цвет плавно переходит в другой. Такая полоска называется спектр. Красная линия всегда находится на одном конце спектра, а фиолетовая - на другом. Это определяется различием длины волн лучей различного цвета: она возрастает от фиолетового к красному. Поэтому, глядя на радугу, мы видим, что на вершине ее всегда красный цвет, а внизу - фиолетовый.

Радуга, по сути, является спектром, раскинувшимся дугой по небу.

Многие знают фразу: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

Каждое слово этой фразы начинается с буквы, обозначающей цвет: каждый (Красный) охотник (Оранжевый) желает (Желтый) знать (Зеленый), где (Голубой) сидит (Синий) фазан (Фиолетовый). Вот так легко запомнить цвета радуги.

Но действительно ли белый цвет состоит из семи цветов?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы с мамой провели обратный опыт. Если белый цвет состоит из семи цветов, то семь цветов должны дать белый цвет.

Я разделил белый круг на 7 равных частей и раскрасил в цвета радуги. Дальше мы продели сквозь центр круга шариковую ручку и закрепили его. Раскрутив круг, мы увидели, как разноцветный диск «превратился» в белый (приложение № 2).

Радуга, которая возникает после дождя или в брызгах фонтанов, водопадов - это первичная радуга. Но встречаются и две радуги одновременно: вторая радуга выше первой, но менее яркая и цвета в ней расположены в обратном порядке (приложение № 3).

Чтобы увидеть радугу, нужно находиться строго между солнцем (оно должно быть сзади вас) и дождем, водопадом, брызгами воды (они должны быть перед вами).

В природе встречаются различные виды радуги. Очень редкое природное явление - огненная радуга, а бывает радуга без дождя (приложение № 4).

Вывод: радуга появляется в солнечную погоду после дождя либо в брызгах водопада, когда солнечные лучи проходят сквозь капли воды.

В интернете я нашел уникальные фотографии ночной радуги. Оказывается радугу можно увидеть не только днем в солнечную погоду, но и ночью (приложение № 5).

Лунная радуга (также известная как ночная радуга) - это радуга, порождаемая луной в большей степени, чем солнцем. Лунная радуга более бледная, чем обычная. Это объясняется тем, что лунный свет менее яркий, чем солнечный. Лунная радуга всегда находится на противоположной от луны стороне неба.

Мы привыкли, что радуга бывает летом, когда идет дождь. Но можно увидеть радугу и в холодную погоду: над ледником, над домами (приложение № 6).

Два человека не могут видеть одну и ту же радугу. Свет, отраженный от определенных дождевых капель, отражается от других капель с совершенно разного угла для каждого из нас. Это создает и разный образ радуги.

Так как два человека не могут находиться в одном и том же месте, они не могут видеть одну и ту же радугу. Более того, даже каждый наш глаз видит разную радугу

Вывод: радугу можно увидеть практически в любое время суток, даже ночью в зимнюю стужу.

Получение радуги в домашних условиях

Для проверки своих предположений я провел несколько опытов.

Опыт первый.

Оборудование: компакт - диск, источник света - электрическая лампа.

Я взял компакт - диск и поймал луч электрической лампы. Получилась вот такая радуга (приложение № 7). Чем острее угол, тем цветовая гамма лучей ярче.

Опыт второй.

Оборудование: таз, наполненный водой; зеркальце на подставке, установленное в воде; источник света - фонарик.

Мы с мамой поставили таз с водой на пол и опустили в него зеркало. Зеркальцем «поймали» луч фонарика, в результате преломления луча в воде и его отражения от зеркала, на белом листе бумаги возникла радуга. При этом свет был выключен. Получилась такая радуга (приложение № 8).

Опыт третий.

Оборудование: таз, мыльный раствор, проволока.

Я налил в таз воды, добавил туда мыло (шампунь). Свернул проволоку в кольцо и опустил его в мыльный раствор. Подержав его в растворе, аккуратно вынул колечко из него - внутри кольца образовалась пленка. Посмотрев под ярким светом с обратной стороны на мыльную пленку в кольце, я увидел там полосы цветов, как у радуги (приложение № 9).

Вывод: проведенные опыты подтвердили мои предположения - радугу действительно можно получить в домашних условиях, даже с помощью искусственного света.

Заключение

Тема радуги меня очень заинтересовала, я изучил литературу, провел опыты. Все выдвинутые мной предположения в основном подтвердились.

Радуга - удивительное явление природы, можно сказать чудо природы, которое никогда не перестанет нас восхищать. Теперь мы знаем, что радугу можно получить и дома, в любое время. «Домашняя» радуга ничуть не хуже природной и от нее тоже становится радостнее на душе.

Список источников и литературы

Азбука природы. Более 1000 вопросов и ответов о нашей планете, ее растительном и животном мире. Москва, издательский дом «Ридерз Дайджест», 1997 г., с. 15.

Большая энциклопедия знаний. Москва, издательство «ЭКСМО», 2012 г., с. 113.

Я познаю мир: Детская энциклопедия. Физика/ под ред. О. Г. Хинн. Москва, ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998 г., с. 480.

Статья на сайте http://potomu.ru/world/461.html .

Материалы сайта www.astronet.ru .

Приложение № 1.

Приложение № 2

Обратный опыт.

Приложение № 3

Двойная радуга.

Приложение № 4.

Огненная радуга.

Приложение № 5.

Ночная лунная радуга.

Радуга ночью над водопадом.

Приложение № 6.

Радуга в холодную погоду.

Радуга над ледником.

Приложение № 7.

Опыт с компакт-диском.

Приложение № 8.

Опыт с зеркалом.

Приложение № 9.

Люди с незапамятных времён пытались объяснить природу радуги. Жители Древней Руси верили, что разноцветные полосы в небе — это сияющее коромысло, с помощью которого Лада Перуница черпает воду из моря-океана, чтобы потом оросить ею поля и нивы. Другой версии придерживались американские индейцы, которые были уверены, что радуга — это лестница, ведущая в мир иной. Ну а суровые скандинавы отождествляли небесную дугу с мостом, на котором днём и ночью несёт дозор страж богов Хеймдалль .

АиФ.ru рассказывает, как объясняет образование этого природного явления современная наука, а также делится секретами того, как самому стать стражем радуги.

Почему появляется радуга?

Чтобы разобраться, почему появляется радуга, необходимо вспомнить о том, что представляет собой луч света. Из курса школьной физики известно, что он состоит из летящих с огромной скоростью частиц — отрезков электромагнитной волны. Короткие и длинные волны различаются по цвету, но все вместе в едином потоке они воспринимаются человеческим глазом как белый свет.

И только когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.

Самые короткие электромагнитные волны красного цвета обладают наименьшей энергией, поэтому они отклоняются меньше других. Самые же длинные волны фиолетового цвета, напротив, отклоняются больше остальных. Таким образом, большая часть цветов радуги располагается в промежутке между красной и фиолетовой линиями.

Человеческий глаз различает семь цветов — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Но следует иметь в виду, что на самом деле цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Внутренняя сторона белой радуги может быть немного окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя — в оранжевый.

Как и где появляется огненная радуга?

Огненная радуга. Фото: www.globallookpress.com

Огненная радуга преимущественно появляется в области перистых облаков: мелкие льдинки отражают падающий свет и буквально «зажигают» облака, окрашивая их в различные цвета.

Можно ли увидеть радугу ночью?

Да, это возможно. Свет Луны, отражённый частицами воды от дождя или водопада, образует цветовой спектр , который ночью неразличим для глаза и кажется белым ввиду особенностей человеческого зрения в условиях плохой освещённости. Лучше всего такая радуга видна во время полнолуния.

Лунная радуга. Фото: Shutterstock.com / Muskoka Stock Photos

Как сделать радугу своими руками?

Понадобится: стакан, вода, лист бумаги.

Что делать:

1. Поставить заполненный водой гранёный стакан к окну, откуда светит солнце.

2. Лист бумаги положить на пол недалеко от окна так, чтобы на него падал свет.

3. Смочить окно горячей водой.

4. Менять положение стакана и листа бумаги до тех пор, пока радуга не станет видна.

Понадобится: шланг с водой.

Что делать:

1. Взять шланг с бегущей водой и слегка зажать его «горлышко», чтобы появились брызги.

3. Присмотреться и увидеть в брызгах радугу.

Как запомнить цвета радуги?

Существуют специальные фразы, которые помогают запомнить последовательность цветов радуги. Первая буква каждого слова соответствует первой букве цвета радужной полосы — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.

Крот овце, жирафу, зайке гладил старые фуфайки.

Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп.

Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности?