Научно-исследовательская работа ' Что такое радуга?' (4 класс)

Управление образования г.Владикавказ, РСО-Алания

Исследовательская работа

" Я познаю мир"

На тему:

" РАДУГА".

Автор работы:

Родина Маргарита Владимировна

Учащаяся 3"А" класса

МБОУ СОШ № 3

Научный руководитель:

Барсукова Н.П.

учитель начальных классов

учитель высшей категории

г. Владикавказ, 2013

Оглавление.

1. Введение 2

2. История исследования 3

3. Так что же такое радуга? 4

4. Лучи радуги 6

5. Цвета радуги 7

6. Необычные радуги 9

7. Явления, ошибочно принимаемые за радугу 10

8. Радуга в мифологии и культуре 10

9. Радуга и приметы погоды 12

10. Как сделать радугу в домашних условиях 12

11. Заключение 14

12. Примечания 15

13. Список использованной литературы 15

14. Приложение 16

Введение.

Солнце вешнее с дождем
Строят радугу вдвоем-
Семицветный полукруг
Из семи широких дуг.

Нет у солнца и дождя
Ни единого гвоздя,
А построили в два счета
Поднебесные ворота.

Вряд ли найдется человек, который не любовался бы радугой. Появившись на небосводе, она невольно приковывает внимание.
Радуга - одно из самых красивых явлений природы, и люди уже давно задумывались над ее природой.

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.

Уже в древности пытались разгадать загадку радуги, почему она появляется. И уже тогда было замечено, что радугу можно увидеть не только на небе. Если внимательно следить за листом бумаги, когда пишешь ручкой с прозрачным корпусом, то можно увидеть мини-радугу. Тем самым можно сделать вывод, что это оптическое явление. Дело в том, что солнечный луч - это скопление всевозможных цветов, но мы не видим этого в природе. А радуга как раз нам и показывает какие именно цвета может распознавать наши глаза из всего спектра цветов. Определенные предметы могут вытащить эти цвета из солнечного луча. Для этого он должен пройти через призму. В природе призмой становится завеса дождя, когда солнечный луч проходит через капли. Призмой может быть и любое стекло, даже зеркало. Если у вас дома есть стеклянная призма, то радуга можно увидеть очень легко, достаточно поднести эту призму к сильному источнику света (к солнечному свету или, хотя бы, к лампочке в затемненном помещении).

История исследования.

Персидский астроном (1236-1311), а возможно, его ученик Камал аль-дин аль-Фарази (1260-1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена. Примерно одновременно аналогичное объяснение радуги предложил и немецкий учёный .

Общая физическая картина радуги была описана в . На основании опытных наблюдений он пришёл к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления - при входе в каплю и при выходе из неё. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, а его тело и рукописи были сожжены.

дал более полное объяснение радуги в в своём труде «Метеоры» в главе . Он 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. 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.

Так что же такое радуга?

Ра́дуга - и явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (иногда Луной) множества водяных капель ( или ).

Радуга выглядит как разноцветная или , составленная из (от внешнего края внутрь: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). Это те семь цветов, которые принято выделять в радуге, но следует иметь в виду, что на самом деле спектр непрерывен, и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных . (Рис. 1)

Объяснить появление радуги на небе с теоретической точки зрения не представляет особой сложности. Это элементарная оптика.

Как же солнце и дождь рисуют радугу?

Как известно, свет состоит из сочетания нескольких цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, голубого и фиолетового. Белый свет, проходящий через призму, на другой стороне отражается всеми цветами радуги. Но для того чтобы понять что такое радуга, необходимо разобраться в том, что происходит внутри призмы и как белый свет излучает столько цветов. (Рис. 2)

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

Когда свет проходит через 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 волны 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 разложения 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 изгиба 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 среды.

Таким образом, каждая капля рассеивает белый солнечный свет на его составляющие цвета. 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. Иногда на небе появляется сразу две радуги, одна из которых имеет четкое очертания, другая же похожа на размытое отражение первой. Неяркая радуга образуется по такому же принципу, как и четкая, однако в этом случае свет отражается от поверхности внутри капли не один раз, а дважды. В результате такого двойного отражения, свет выходит из капли под другим углом, поэтому вторая радуга кажется немного выше. Если хорошенечко приглядеться, можно заметить, что цвета во второй радуге отражаются в обратном порядке по сравнению с первой радугой.

Наши глаза видят радугу в зависимости от положения Солнца. 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! 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.
Если мы стоим на ровной плоскости Земли, то радуга появится при угловой высоте Солнца (над горизонтом) не больше 42°. Когда Солнце опускается ближе к горизонту - радуга становится выше, ее видно лучше. Вторичная радуга появляется, когда Солнце стоит над горизонтом под углом не более 52°. По мере увеличения угла радуга на земле исчезает.

Иногда возникает не одна, а две радуги. (Рис. 3) Реже три. Зафиксированы случаи одновременного появления четырех радуг. При этом каждая последующая радуга обычно бывает слабее предыдущей. Первую радугу создают лучи, отраженные в капельках воды. Вторую - лучи, которые отразились повторно. Порядок цветов во вторичной радуге обратный: снаружи фиолетовый, внутри красный.

Появление радуги третьего порядка в естественных условиях случается чрезвычайно редко. Считается, что за последние 250 лет было только пять научных сообщений о наблюдении данного феномена. Тем более удивительным представляется появление в 2011 г. сообщения о том, что удалось не только наблюдать радугу четвёртого порядка, но и зарегистрировать её на фотографии.

Лучи радуги.

Каждый белый луч, преломляясь в капле, разлагается в спектр, и из капли выходит пучок расходящихся цветных лучей.

Почему радуга круглая? Дело в том, что более или менее сферическая капля, освещенная параллельным пучком лучей солнечного света, может образовать радугу только в виде круга. Поясним это.

Описанный путь в капле с минимальным отклонением по выходе из нее проделывает не только тот луч, за которым мы следили, но также и многие другие лучи, упавшие на каплю под таким же углом. Все эти лучи и образуют радугу, поэтому их называют лучами радуги.

Радуга, которую мы видим на небосводе, мозаична - она образована множеством капель. 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 и все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу. Если вы идете по дороге и смотрите на радугу, она перемещается вместе с вами, будучи в каждый момент образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Далее, капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и т. д. Пока идет дождь, мы видим радугу.

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. 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.

Цвета радуги.

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, во многих странах в нём выделяют 7 или 6 (например, в Японии и англоязычных странах) цветов. (Рис. 4)

Считают, что первым выбрал число 7 , для которого имело специальное значение (по пифагорейским,

богословским или нумерологическим соображениям).

Причём первоначально он различал только пять цветов - красный, жёлтый, зелёный, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике». Но впоследствии, узрев ещё один цвет (оранжевый), посчитал это бесовским наваждением (число 6 для него было дьявольским) и, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к шести перечисленным цветам спектра ещё один (индиго).

Цвета в радуге расположены в последовательности, соответствующей спектру видимого света. В существуют такие для запоминания этой последовательности:

• Как Однажды Жак-Звонарь Головой Сломал Фонарь.

• Крот Овце, Жирафу, Зайке Голубые Сшил Фуфайки.

• Каждый Оформитель Желает Знать, Где Скачать Фотошоп.

• Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан.

В этих фразах начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета. (Рис. 1)

• Каждый -

• Охотник -

• Желает -

• Знать -

• Где -

• Сидит -

• Фазан -

Цвета во фразе перечисляются в соответствии с порядком цветов в радуге, от красного до фиолетового.

Необычные радуги.

Лунная радуга, т.е. радуга возле Луны, бывает видна в яркую лунную ночь. Особенно в полнолуние. Чаще заметна лишь часть дуги. В темную ночь лунную радугу не видно совсем, иногда она кажется белесой. Пассажир самолета, который смотрит на луну под другим углом, имеет шанс увидеть полную радужную окружность. (Рис. 5 и 6)

Есть и другие необычные радуги, например, огненная радуга (окологоризонтальная), от которой «вспыхивают» легкие перистые облака. Эта радуга - редкое явление. При появлении огненной радуги солнечные лучи отражаются от плоских шестиугольных кристаллов льда, которые занимают в облаках горизонтальное положение. (Рис. 7 и 8)

Говорят, что очень красивая радуга бывает на траве, мокрой от утренней росы. Увидеть эту радугу можно сразу после восхода Солнца. Необычные радуги возникают и над большими акваториями (например, над морем), когда солнечные лучи отражаются от воды. (Рис. 9)

Туманная радуга возникает тогда, когда свет преломляется и рассеивается в очень мелких каплях воды тумана, фактически, в водной пыли. Внутренняя сторона белой радуги иногда бывает едва заметно подкрашена в голубой или фиолетовый цвет, а внешняя - в красный или оранжевый. 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. (Рис. 10)

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. (Рис. 11)

Бывают ли радуги без дождя или без полос падения дождя? Оказывается, бывают - в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды с сиропом или прозрачного масла. (Рис. 12) В лабораторных условиях удаётся получать радуги гораздо более высоких порядков. Так, в статье, опубликованной в 1998 г., утверждалось, что авторами наблюдалась радуга двухсотого порядка.

Явления, ошибочно принимаемые за радугу.

При определённых обстоятельствах можно увидеть двойную, перевёрнутую или даже кольцевую радугу. На самом деле это явления другого процесса - преломления света в кристаллах льда рассеянного в атмосфере. Перевернутая радуга образуется за счет преломления света, проходящего через льдинки тонкой завесы облаков на высоте 7 - 8 тысяч метров. Цвета в такой радуге располагаются тоже наоборот: фиолетовый вверху, а красный - внизу. (Рис. 13)

Радуга в мифологии и культуре.

Много легенд и сказаний связано с радугой у разных народов! В русских летописях ра­дуга называется «райской дугой» или сокращенно «райдугой». Загадки про радугу уподобили ее коромыслу и ведрам с водой: «Два моря на дуге висят», «Разноцветное коромысло над рекою повисло».

За радугой был признан особый, божественный характер. В преданиях радуга сравнивается с самыми разнообразными предметами.

Славяне издревле верят, что радуга «пьет» воду из озер, рек и морей: подобно змею, опустив свое жало в воду, набирает в себя воду, а после выпускает, отчего и бывает дождь; на концах радуги повешено по котелку с древними золотыми монетами. У западных славян есть поверье, что ведьма может украсть радугу и спрятать ее, а значит, произвести на земле засуху.

Существуют и такие поверья: радуга - мост между небом и землей или путь на тот свет, по ней души умерших приходят иногда на грешную землю. Сербы, македонцы, болгары и западные украинцы верят, что прошедший под радугой изменяет свой пол. Это свойство радуги может быть использовано для того, чтобы магически переменить пол будущего ребенка. «Если женщина, у которой рождались только девочки, пойдет напиться воды на том месте, где «пьет» радуга, то после этого у нее будут рождаться мальчики».

В Древней Индии радуга - это лук Индры, бога-громовержца. В некоторых африканских мифах с радугой отождествляют небесную змею, которая служит стражем сокровищ. Американские индейцы отождествляют радугу с лестницей, по которой можно подняться в иной мир. В радуга появилась после как символ прощения человечества, и является символом союза Бога и человечества (в лице Ноя) о том, что потопа никогда больше не будет (Быт.9:13-15).

Символизм радуги зависит от количества цветов в ней.

Так в Китае в радуге различают только пять цветов. В исламе радуга состоит из четырех цветов - красного, желтого, зеленого и синего, соответствующих четырем стихиям. Христианский Запад видит в ней только три (символ Троицы) основных цвета: синий (небесная природа Христа), красный (страсти Христа) и зеленый (миссия Христа на земле).

Суеверные люди считали, что радуга является плохим предзнаменованием. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.

До сих пор живо поверье, что в тех местах, где радуга на землю опирается, можно клад найти. Это фантастически красивое явление волнует и детей, и взрослых. При виде радуги многие люди загадывают желание. Иногда оно сбывается.

Радуга и приметы погоды

Чем выше радуга - тем лучше погода. Пологая радуга - к плохой погоде.
Если радуга появилась после дождя - будет хорошая погода.
Утренняя радуга означает, что солнце находится на востоке, а дождь идет на западе. При послеобеденной радуге солнце расположено на западе, а дождь - на востоке.

Радуга, появившаяся ближе к вечеру, обещает хорошую погоду с утра и ухудшение во второй половине следующего дня.

Если в радуге много зеленого и синего цвета - будет пасмурно и дождливо. Больше красного и желтого - к хорошей погоде.
Радуга вокруг луны - к изменению погоды, к дождю. Зимой - к морозу.
Радуга около солнца зимой - к морозу.

Как сделать радугу в домашних условиях?

Радуги можно увидеть около водопадов, фонтанов, на фоне завесы капель, разбрызгиваемых поливальной машиной или полевой поливальной установкой. Можно самому создать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиною к Солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками. У фонтанов и водопадов случалось видеть, кроме описанных двух основных и трех-четырех дополнительных дуг к каждой основной, еще одну или две радуги вокруг Солнца.

Хотите, чтобы у вас дома была настоящая радуга? Конечно, целую радугу у вас вряд ли получится сделать, но возможно поселить у себя на стене или поймать в руки хотя бы маленький кусочек радуги! (Рис. 14)

Первый способ (Рис. 15)

шаг 1. В первую очередь, нам понадобится хотя бы лучик света из окна.

шаг 2. Найдите маленькое зеркальце и какую-нибудь неглубокую посудину (такую, чтобы зеркало немного выходило за её пределы).

шаг 3. Наполовину заполните ёмкость водой.

шаг 4. Погрузите зеркало в воду так, чтобы на него падал луч солнца и отражался куда-нибудь на стену. Регулируйте угол наклона зеркала и поворот до тех пор, пока на стене не появится кусочек радуги.

шаг 5. Чем больше будет зеркало (и, соответственно, ёмкость с водой), тем больше будет наш кусочек радуги!

Второй способ (Рис. 16)

Возьмите следующие материалы:

Садовый шланг для поливки и распылительную насадку (по возможности)

- Позже тебе понадобится:

- ясный, солнечный день

- литровая банка

- вода

- лист бумаги

1. Включи воду и отрегулируй на шланге насадку так, чтобы вода распылялась мелко - мелко (примечание: если у тебя нет распылительной насадки, ты можешь добиться того же эффекта, зажав открытый конец шланга большим пальцем).

2. Встав спиной к солнцу, держи шланг так, чтобы вода распылялась в воздухе прямо перед тобой. Направляй струю шланга из стороны в сторону, пока не увидишь радугу среди капелек воды. (Внимание: никогда не смотри прямо на солнце, это может повредить твое зрение!)

Третий способ (Рис. 17)

Свет, проходя сквозь стеклянную емкость с водой, тоже делится на семь цветов радуги. Чтобы это увидеть:

- налей в банку воды.

- Поставь банку на подоконник или на край стола рядом с окном. Все удастся, если солнце будет светить прямо в окно.

- Положи лист белой бумаги на тень от банки на полу и смотри, как на нем появится радуга!

Удачи!

Заключение.

Подведем итоги. Мы узнали, что радуга - одно из красивейших явлений природы. Существуют похожие на нее явления - перевернутая радуга, кольцевая и др. Но именно радуга - единственное явление в природе, глядя на которую мы видим весь тот спектр цветов, который может различить наш глаз. Это 7 цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Радуга получается, когда солнечный свет проходит через капли воды. Вспоминая известную фразу: «солнце, воздух и вода - наши лучшие друзья!», можно добавить, что именно это и требуется для создания радуги!

Примечания.

1.

2. - Статья на сайте

3. Theusner M. (англ.) // Applied Otics. - 2011. - Vol. 50. - № 28. - P. F129-F133.

4. Ng P. H., Tse M. Y.,Lee W. K. (англ.) // Journal of Optical Society of America B. - 1998. - Vol. 15. - № 11. - P. 2782-2787.

Список использованной литературы

• // . 1865.

• (Перевод из Nussenzveig, H. Moyses, «The Theory of the Rainbow», Scientific American, 236 (1977), 116.

• М. Миннарт «Свет и цвет в природе»

• Дженис Ванклив «Большая книга научных опытов для маленьких детей».