Научно-исследовательская работа на тему: 'Волшебная радуга' (2 класс)

Введение

АКТУАЛЬНОСТЬ

Тема проекта «Волшебная радуга». Ра́дуга - это явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (иногда Луной) множества водяных капель (дождя или тумана). Радуга выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра (от внешнего края: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). Хочу сказать, что это просто сказочное зрелище. И когда я увидела радугу в первый раз (это было летом у моей прабабушке в деревне), то мне стало очень интересно, как образуется радуга, почему она такая разноцветная, сколько цветов в радуге, где она заканчивается, можно ли на неё забраться, можно ли на ней кататься, можно ли её забрать с собой, а может её можно потрогать… Вобщем, вопросов маме я задала столько, что мы решили поискать ответы на все эти вопросы.

Первым делом мы, конечно, заглянули в интернет-источники. Затем начали искать информацию в различных энциклопедиях. А также, попробовали поискать какие-нибудь экскурсии, но, к сожалению, безуспешно. Единственный музей (Музей "ЛабиринтУм") был найден в городе Санкт-Петербург. Это отличное место для познавательного отдыха всей семьёй! Ведь в нём познаются законы физики, а также тайны и законы природы не просто доступным, но и увлекательнейшим образом!

В музее постоянно проходят развлекательные научно-познавательные шоу. Например, можно очутиться на шоу "Море звуков" и мыльных пузырей, математическом шоу и в школе магии и волшебства. Можно узнать, из чего сделана радуга, возможен ли конец света. Можно также очутиться внутри гигантского мыльного пузыря, поймать собственную тень, создать молнию или зажечь лампу, просто взявшись за руки и многое-многое другое.

Я там, конечно, не была, но мама сказала, что обязательно летом съездим всей семьей.

Мама помогала мне с поиском информации, а я составляла альбом из рисунков и фотографий различных по красоте радуг. Ещё мы с мамой сделали мини-книгу, посвящённую мифам о радуге.

Проанализировав найденную информацию, я получила много новых знаний о радуге: физика радуги; что бывают не только простая радуга-дуга, но много других оптических феноменов, которые возникают по похожим причинам или похоже выглядят; о радуге в истории, мифологии, культуре; о мнемонических фразах и о многом и многом другом.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Первым, кто объяснил природу радуги, был Аристотель.

Он определил, что "радуга - это оптическое явление, а не материальный объект".

1. Природа возникновения радуги

Люди давно задумывались над природой этого красивейшего явления природы. Человечество связало радугу с множеством поверий и легенд. В древнегреческой мифологии, например, радуга - это дорога между небом и землей, по которой ходила посланница между миром богов и миром людей Ирида. В Китае считали, что радуга - это небесный дракон, союз Неба и Земли. В славянских мифах и легендах радугу считали волшебным небесным мостом, перекинутым с неба на землю, дорогой, по которой ангелы сходят с небес набирать воду из рек. Эту воду они наливают в облака и оттуда она падает живительным дождем.

Радуга также фигурирует во многих народных приметах, связанных с предсказанием погоды. Например, радуга высокая и крутая предвещает хорошую погоду, а низкая и пологая - плохую.

Откуда же берется радуга?

Обратите внимание, что радугу можно наблюдать только перед дождем или после него. И только в том случае, если одновременно с дождем сквозь тучи пробивается солнце. Что при этом происходит? Лучи Солнца проходят через капельки дождя. А каждая такая капелька работает как призма. То есть она разлагает белый свет Солнца на его составляющие - лучи красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цвета. Причем капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в разноцветную полосу, которую называют спектром.

Преломление света при прохождении через призму.

Обратите внимание, что лучи разных цветов выходят из призмы под разными углами.

Радуга и есть огромный изогнутый спектр. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга - часть окружности, И чем выше находится наблюдатель, тем радуга полнее. С горы или самолёта можно увидеть и полную окружность!

Вы можете видеть радугу только в том случае, если находитесь строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Иначе радуги не увидеть!

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов - снаружи находится фиолетовый, а внутри красный.

Чтобы запомнить последовательность цветов в радуге (или спектре) есть специальные простые фразы - в них первые буквы соответствуют первым буквам названий цветов:

Как Однажды Жак-Звонарь Головой Сломал Фонарь.

Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.

Запомните их - и вы без труда в любое время сможете нарисовать радугу.

2. Почему радуга имеет форму дуги?

Почему радуга полукруглая? Люди давно задавались этим вопросом. В некоторых мифах Африки радуга - это змея, которая охватывает Землю кольцом. Но теперь-то мы знаем, что радуга - это оптическое явление - результат преломления лучей света в капельках воды во время дождя. Но почему мы видим радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы?

Форма радуги определяется формой капелек воды, в которых преломляется солнечный свет. А капельки воды - более или менее сферические (круглые). Проходя через каплю и преломляясь в ней, пучок белых солнечных лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, обращенных к наблюдателю. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая, далее идет зеленая и т. д., кончая внутренней фиолетовой. Таким образом, каждая отдельная капля образует целую радугу.

Конечно, радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна в другую цветных воронок (или конусов). Но от отдельной капли в радугу попадает только один цветной луч. Глаз наблюдателя является общей точкой, в которой пересекаются цветные лучи от множества капель. Например, все красные лучи, вышедшие из различных капель, но под одним и тем же углом и попавшие в глаз наблюдателю, образуют красную дугу радуги. Также образуют дуги все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее.

Вид радуги - ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг - очень сильно зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли дождя, тем уже и ярче получается радуга. Характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам.

Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги.

Мы привыкли наблюдать радугу как дугу. На самом деле эта дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно наблюдать лишь на большой высоте, например, с борта самолета.

Есть такая группа оптических явлений, которая называется гало. Они вызваны преломлением световых лучей крошечными кристалликами льда в перистых облаках и туманах. Чаще всего гало образуются вокруг Солнца или Луны. Вот пример такого явления - сферическая радуга вокруг Солнца.

Необычные радуги

Солнечные лучи, летящие со скоростью 300 тыс. километров в секунду и встречающие на своём пути Землю способны творить чудеса, достойные руки известного художника. Часть из этих чудес мы видим настолько часто, что перестаём их замечать, а другая часть этих удивительных явлений неживой природы повергает в изумление случайных очевидцев, которые готовы свалить всё на проделки НЛО или приведений.

Радужная стена. Редкое атмосферное явление ещё известное как огненная радуга возникает при преломлении горизонтальных солнечных лучей восходящего или заходящего солнца через горизонтально расположенные кристаллики льда облаков. В результате получается своего рода стена, окрашенная в разные цвета радуги.

Фото сделано в небе Вашингтона в 2006 году.

Призрак Броккена, Германия. Это явление наблюдается туманным утром. Радужный солнечный диск появляется напротив солнца, в результате отражения солнечных лучей от капелек воды тумана.

Перевёрнута радуга. Такая необычная радуга появляется тоже в результате преломлении солнечных лучей сквозь кристаллики льда, находящиеся только в определённых частях облаков.

Белая радуга. Фото сделано на мосту золотые ворота в Сан-Франциско. Небольшой размер воздушных капель воды делает невозможным разложение солнечных лучей на спектры цветов, поэтому радуга только белого цвета.

Свет Будды. Это фото сделано в Китае. Явление схоже с призраком Броккена. Солнечные лучи отражаются от атмосферных капелек воды над морем, тень посреди радужного круга из отражённых лучей - это тень самолёта.

Ореол. Солнечные лучи отражаются от кристалликов льда, расположенных под углом 22 градуса по отношению к Солнцу в высотных облаках. Различное положение кристалликов льда может вызывать модификации ореола.

Лунная радуга. Появление на небе радуги может вызвать не только Солнце, но и Луна. Лунная радуга, конечно, не такая яркая и насыщенная цветами, как солнечная, но фотоаппарат, выставленный на длинную выдержку, может зафиксировать все семь цветов радуги.

Паргелический круг. Вертикально расположенные в холодной атмосфере миллионы кристалликов льда вызывают такое красивое явление.

Северное сияние. Северное сияние не что иное, как столкновение в верхних слоях атмосферы солнечных лучей с заряженными частицами газов магнитного поля Земли.

Сумеречные лучи. Солнечные лучи заходящего солнца, проходящие сквозь бреши в облаках образуют чётко-заметные отдельные пучки солнечного света. Очень часто такие подающие солнечные лучи можно видеть в различных фантастических фильмах.

3. Исследование радуги учёными

А пытался ли кто-нибудь в истории человечества познать природу радуги?

Это красивое явление стали изучать уже в глубокой древности. Аристотель, древнегреческий философ, пытался объяснить причину радуги. Первым понял причину радуги немецкий монах Теодорик, в 1304 г. Воссоздавший ее на сферической колбе с водой. Однако открытие Теодорика было забыто. Общая физическая картина радуги была уже четко описана архиепископом Марком Антонием де Доминисом в 1611 году в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». Он объяснил, что радуга появляется в результате отражения света от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления - при входе в каплю и выходе из неё. Первая попытка закончилась плачевно. Автор рукописи был заточен в тюрьму.

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. Но он еще не знал о разложении белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон объяснил, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. По образному выражению американского ученого А. Фразера, сделавшего ряд интересных исследований радуги уже в наше время, «Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил ее всеми красками спектра». Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение. Причём первоначально он различал только пять цветов - красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый. Но, впоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два.

Несмотря на то, что теория радуги Декарта-Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги, в том числе расположение цветов.

Можно ли нарисовать радугу тремя цветами?!

Оказывается, краски, как и люди, любят наряжаться, ходить друг к другу в гости, танцевать. У них есть друзья и враги, краски могут быть весёлыми и озорными, добрыми и ласковыми. Однажды с ними приключилась вот такая история.

В Сказочно-красочном городе жили три самые главные принцессы-краски. Их звали Красная, Жёлтая и Синяя. Красная краска очень любила бегать, прыгать, озорничать. Характер у неё весёлый, жизнерадостный.

И вот однажды решила Красная принцесса-краска сходить в гости к Желтой. Жёлтая принцесса-краска очень весёлая, ласковая, как солнышко. Она всем старалась помочь и всех обогреть. Подошла Красная принцесса к небольшому жёлтому домику, позвонила в дверь. Жёлтая краска впустила Красную к себе в дом. Но случилась беда - в доме погас свет. Краски стали бегать, суетиться и нечаянно столкнулись друг с другом. Да так сильно, что не заметили, как перемешались. А когда свет включили, они увидели, что из двух красок получилась третья - оранжевая. Жёлтая и Красная краски очень обрадовались: ведь теперь у них появилась еще одна яркая, красивая подружка - Оранжевая краска.

Тем временем в Сказочно-красочном городе произошла ещё одна удивительная история. Как только Красная краска зашла в дом к Жёлтой, на улице разразилась большая буря. Все краски побежали домой. Лишь Синяя краска и младшая сестрёнка Жёлтой не успели никуда спрятаться. Пришлось Синей и Жёлтой краскам вместе пережидать бурю под раскидистым дубом. Но дождь был очень сильный, и краски промокли от кончиков ушей до самых пяток. Они нечаянно смешались и после очередного громового раската увидели, что рядом с ними стоит ещё кто-то. «Кто ты такая?» - спросили они у незнакомки. «Я появилась, когда вы смешались между собой», - ответила она. Так в кругу друзей появилась Зелёная краска.

Синяя краска так обрадовалась появлению ещё одной краски, что, не дожидаясь, пока закончится дождик, побежала рассказать своей подружке Красной краске о таком событии. Тем временем Жёлтая краска, напоив своих друзей лимонным чаем, предложила поиграть в домино. Но Красная краска отказалась и стала собираться домой. Когда она стояла на пороге и прощалась с подружками, дверь неожиданно распахнулась, и в дом, не заметив на пороге Красную краску, ворвалась Синяя, чтобы сообщить свою радостную новость. Красная и Синяя краски столкнулись в двери. И жители Сказочного городка получили в подарок еще одну новую жительницу - Фиолетовую краску. Так на свете появились Оранжевая, Фиолетовая и Зелёная краски.

Это событие - чудесное для всех жителей Сказочно-красочного города. Ведь теперь можно с помощью умелых ручек нарисовать радугу. Так они и сделали, а затем все вместе сочинили и пели вот такую песенку:

Краски сегодня ужасно устали -

Радугу в небе они рисовали.

Долго трудились над радугой краски,

Радуга вышла красивой, как в сказке:

Вся разноцветная - вот красота!

Ты полюбуйся, какие цвета!

Радуга в творчестве поэтов

С радугой всегда связывают ощущения радости и освобождения. Она добрая предвестница. Поэты неоднократно обращались к радуге. Например, хорошо передал ощущение радости, вызываемое радугой, Гёте:

К тебе я, солнце, обращусь спиною;

На водопад сверкающий, могучий

Теперь смотрю я с радостью живою,-

Стремится он, дробящийся, гремучий,

На тысячи потоков разливаясь,

Бросая к небу брызги светлой тучей.

И между брызг, так дивно изгибаясь,

Блистает пышной радуга дугою,

То вся видна, то вновь во мгле теряясь,

И всюду брызжет свежею росою!

Всю нашу жизнь она воспроизводит:

Всмотрись в нее - и ты поймешь душою,

Что жизнь на отблеск красочный походит.

Раз пройти под радугой босиком.

Конечно, не только о хорошей погоде думали люди, любуясь радугой. С радугой издавна связывались представления о благополучии, о счастье. Существовало поверье, будто в том месте, где радуга как бы уходит одним из своих концов в землю, можно, откопать горшок с золотом. А чтобы до окончания жизни быть счастливым и удачливым во всех делах, достаточно хотя бы раз пройти под радугой босиком. Жаль вот только, что никому еще не удавалось пройти под радугой, никто не смог подойти к ее основанию. Восхищаясь "жемчужным, разноцветным мостом", Ф. Шиллер с грустью замечает:

Идешь к нему - он прочь стремится,

И в то же время недвижим;

С своим потоком он родится

И вместе исчезает с ним.

Радуга действительно неуловима и недолговечна. Она дарит ощущение радости, но, увы, ощущение это- мимолетно. Она дарит мечту о счастье, но счастье это оказывается недостижимым. Удивительное в своей красоте "мимолетное виденье" буквально тает на наших глазах, оставляя нам чувство светлой грусти. Об этом очень хорошо писал Ф. И. Тютчев:

Как неожиданно и ярко,

На влажной неба синеве,

Воздушная воздвиглась арка

В своем минутном торжестве!

Один конец в леса вонзила,

Другим за облака ушла -

Она полнеба обхватила

И в высоте изнемогла.

О, в этом радужном виденье

Какая нега для очей!

Оно дано нам на мгновенье,

Лови его - лови скорей!

Смотри - оно уж побледнело,

Еще минута, две - и что ж?

Ушло, как то уйдет всецело,

Чем ты и дышишь и живешь.

Ф.Тютчев

Свод радуги - Tворца благоволенье,

Он сочетает воздух, влагу, свет -

Все, без чего для мира жизни нет.

Он в черной туче дивное виденье

Являет нам. Лишь избранный Tворцом,

Исполненный господней благодати, -

Как радуга, что блещет лишь в закате, -

Зажжется пред концом.

И.Бунин

2. ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ЦЕЛЬ

Показать, что можно самостоятельно, в домашних условиях расщепить видимый солнечный свет на отдельные цвета, воспроизведя эффект радуги.

Эксперимент 1

Приготовила мыльный раствор и надула мыльный пузырь. На пузыре появилась радуга. Свет, проходя через мыльный пузырь, преломляется и распадается на цвета, в результате появляется радуга. Мыльный пузырь - это призма.

Эксперимент 2

Оборудование: лист бумаги, хрустальный стакан.

Необходимо поставить хрустальный стакан на белый лист бумаги. Попробовать поймать стаканом солнечный свет. На листе бумаги появятся цветные полосы радуги.

Эксперимент 3

В ясный солнечный день я взяла миску с водой, лист белого картона и маленькое зеркальце. Поставила миску с водой на самое солнечное место. Опустила зеркальце в воду и прислонила его к краю миску. Я поворачивала зеркальце под таким углом, чтобы на него падал яркий солнечный свет. Зеркало нуждается в подставке, так как угол между ним и поверхностью воды должен составлять 25°. Вода в миске выполняет роль дождевой капли. При входе в воду видимый свет преломляется. Я стала перемещать картон перед миской и на нём появилась отражённая «радуга».

Эксперимент 4

Оборудование: тарелка с водой, лак для ногтей, «удочка» для пленки.

Ход опыта. Необходимо капнуть в воду каплю лака. На поверхности воды образуется тонкая пленка. Её нужно аккуратно снять при помощи специального приспособления - «удочки». Пленка лака будет играть всеми цветами, напоминая крылья стрекозы. Луч белого света, попадая на тонкую пленку, частично отражается от нее, а частично проходит вглубь, отражаясь от ее внутренней поверхности.

Эксперимент 5

Оборудование: прозрачная трехгранная призма.

Если рассматривать сквозь призму предметы белого цвета, они выглядят цветными. С помощью призмы я получила изображение радуги на стене.

Для этого я «поймала» призмой солнечные луч. Таким образом, получил радугу в «домашних» условиях И.Ньютон.

Этот опыт легко повторить и с искусственным источником света.

Эксперимент 6

Оборудование: зеркальце, стеклянную призму.

Описание: мама зеркальцем поймала «солнечного зайчика» и направила на стеклянную призму, которую я держала в руке. На потолке появилась радуга.

Эксперимент 7

Оборудование: круглая колба с водой, источник света (диапроектор), экран с отверстием.

Наполненную водой круглую колбу сквозь отверстие в экране освещала параллельным пучком света и наблюдала возникшую на экране цветовую каемку. Главный недостаток этого опыта состоит в том, что он не совсем отражает реальное положение вещей: настоящая радуга получается не от одной капли, а от огромного количества капель. Но при выполнении этого опыта получилась самая яркая полная радуга в виде окружности.

Эксперимент 8

Оборудование: компьютерный диск, источник света - солнце.

Описание: В солнечный день направляем компьютерный диск под углом 25°. Если диск «поймает» луч света, то в результате преломления луча на стене или на потолке возникнет радуга.

Заключение

Осуществление данного проекта позволило мне расширить

научно-познавательное представление об окружающем мире, умение проводить эксперименты, проводить анализ полученных результатов, обосновывать итоги исследований. Во время работы над проектом я узнала о природном явлении радуге: как появляется радуга и почему она разноцветная, определила, какая существует связь между дождем, солнцем и появлением радуги, узнала, что радуга может быть одной дугой, а может быть двойная. Существует ночная радуга (лунная) и зимняя, но она бывает очень редко и не такая красочная как летняя. Из истории изучения радуги я выяснила, что многие пытались объяснить природу этого явления, но полно это явление раскрыл Исаак Ньютон. Опытным путём я доказала, что эффект радуги можно получить в домашних условиях и в любое время года любоваться этим красивейшим природным явлением, которое всё ещё хранит много загадок.

Осознанное отношение к объектам

Мои цели были достигнуты, выдвинутые мною гипотезы подтвердились.