Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 60 г. Пензы

Откуда берётся радуга?

Работу выполнили Махотина Дарья,

Мартыненко Елизавета

учащиеся 4 «А» класса

МБОУСОШ № 60 г. Пензы

Руководители -

учитель начальных классов Сизова О. В.

учитель физики Коклюшкина О.П.

Пенза, 2016 год

СодержаниеI. Введение.

1.1. Цель работы ……………………………………………………………......

1.2. Задачи ………………………………………………………………..........

1.3. Объект исследования ……………………………………………………...

1.4. Предмет исследования …………………………………………………...

1.5. Методы исследования ……………………………………………………

II. Основная часть.

2.1. Радуга глазами древних людей……………………………………………

2.2. Первые исследователи радуги…………………………………………….

2.3. Условия возникновения радуги…………………………………………...

2.4.Физика радуги.……………………………………………………………...

2.5.Виды радуг………………………………………………………………….

III. Опыты по созданию радуги

3.1.Опыт со стеклянной призмой……………………………………………..

3.2.Опыт с пульверизатором…………………………………………………..

3.3.Опыт с зеркалом………………………………………………………….

3.4.Опыт с мыльными пузырями……………………………………………

3.5.Опыт с компьютерным диском…………………………………………...

3.6.Опыт со стеклянной пластиной ………………………………………..

3.7.Опыт с капроном………………………………………………………..

3.8.Выводы…………………………………………………………………..

IV. Заключение …………………………………………………………………..

V. Литература…………………………………………………………………….

Стр.

3

3

3

3

3

4

4- 6

6

6-7

7-10

10

10

11

11

12

12

12

13

13

14

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.

Ф.И. Тютчев

1. Введение.

Мир, окружающий нас многообразен и загадочен. Он одновременно чарует и манит, радует и пугает. Порой он чрезвычайно красив и гармоничен. Нас пленила разноцветная радуга. Среди ярчайших явлений природы радуга - одно из самых красивых. Почему порой на небе загорается радуга? Можно ли создать радугу у себя дома?

Красота радуги, воздействуя на эмоции, разбудила наш познавательный интерес. Эстетический критерий стал основным в выборе исследования.

1.1. Цель работы:

Познать природу радуги. Создать радугу в домашних условиях.

1.2. Задачи нашей работы:

• Найти и проанализировать материал по теме.

• Выявить основные условия и механизм возникновения радуги в естественных условиях.

• Создать благоприятные условия для получения радуги искусственным путём.

1.3. Объект исследования: радуга.

1.4. Предмет исследования: луч света.

1.5. Методы исследования:

• Изучение научно-популярной литературы, Интернет-ресурсов, анализ и систематизация полученных материалов, опыты.

II. Основная часть.

2.1. Радуга глазами древних людей.

Блестящая яркими красками радуга поражала фантазию еще первобытных народов.

За радугой был признан особый, божественный характер. В природе, чаще всего, радуга находится на грани между грозой и солнечным светом, в народных сказаниях - между богом грома и молний Перуном и светлой богиней Ладой.

В преданиях радуга сравнивается с самыми разнообразными предметами.

Славяне издревле верили, что радуга «пьет» воду из озер, рек и морей. Подобно змею, опустив свое жало в воду, она набирает в себя воду, а после выпускает, отчего и бывает дождь.

Существуют и другие поверья: радуга - небесный мост, по которому на Землю спускались боги или ангелы, это и символ изобилия, если радуга долго не появлялась, следовало ждать голода, неурожая. Суеверные люди считали радугу плохим предзнаменованием. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появлялась радуга, это означало чью-то близкую смерть..

Болгары считали, что радуга - это «пояс Господа, который он полощет во время дождя или сушит после дождя».

В некоторых африканских мифах с радугой отождествляли небесную змею, которая служит стражем сокровищ или же охватывает кольцом Землю.

Американские индейцы отождествляли радугу с лестницей, по которой можно подняться в иной мир. У инков радуга считалась добрым божеством и связывалась со священным Солнцем. Правители инков носили ее изображение на своих гербах и эмблемах.

В скандинавской мифологии радуга - мост, соединяющая небо и землю. Перед концом мира и гибелью богов мост разрушится.

В Древней Греции богиней радуги была Ирида, вестница богов. По представлениям древних, радуга соединяла небо и землю, а Ирида считалась посредницей между богами и людьми.

2.2. Первые исследователи радуги.

Впервые объяснить причину возникновения радуги попытался древнегреческий философ Аристотель в 4 веке до нашей эры. Но первая удачная попытка объяснить причины возникновения радуги была сделана в 1611 году архиепископом Антонио де Доминисом. На основании опытных наблюдений он пришёл к заключению, что радуга получается в результате отражения света от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления его - при входе в каплю и при выходе из неё. Объяснение Доминиса противоречило библейскому, что привело к его отлучению от церкви и приговору к смертной казни.

Научное объяснение радуги впервые дал французский философ, математик, физик Рене Декарт в 1637 году. Радуга - это физическое явление, в основе которого лежит взаимодействие света и воды. Солнечный свет преломляется и отражается каплями, которые парят в атмосфере. Декарт радугу связывал с дождем. Она может появиться перед, во время и после дождя в зависимости от того, как перемещаются облака, дающие осадки. Радуга видима в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Такие условия чаще создаются при выпадении летних дождей, называемых в народе «грибными».

Спустя 30 лет Исаак Ньютон, ученый с мировым именем, чей вклад в науку переоценить невозможно, объяснил, как преломляются световые лучи в каплях дождя.

В 1676 году Ньютон с помощью трёхгранной стеклянной призмы впервые разложил белый солнечный свет в разноцветную полоску - спектр, тем самым получив искусственным образом радугу. Он впервые доказал, что радуга не материальный, а оптический объект, её нельзя потрогать, а можно только увидеть. Наблюдаемое в

лабораторных условиях явление - разложение белого света в спектр при прохождении через призму, Ньютон назвал дисперсией. Радуга - дисперсия, наблюдаемая в атмосфере при прохождении света через капли воды или кристаллы льда.

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». Теория радуги Декарта-Ньютона, созданная более 300 лет назад, объяснила основные особенности радуги, в том числе расположение цветов.

По традиции в радуге (спектре) выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого это число 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. Сейчас доказано, что в радуге около 160 оттенков.

Цвета в радуге расположены в определенной последовательности, соответствующей спектру видимого света. Существуют мнемонические фразы для запоминания этой последовательности:

Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан.

Крот овце, жирафу, зайке голубые сшил фуфайки.

Как однажды Жак-звонарь головой свалил фонарь

В зависимости от работы зрительного анализатора человек может наблюдать в радуге от 4 до 7 различных цветовых дуг.

2.3. Условия возникновения радуги.

Радуга - атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или (существенно реже) перед ним. Оно выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра.

Радуга может появляться во время ливня, когда одновременно идет дождь и светит Солнце. При этом наблюдатель должен находиться строго между Солнцем (оно должно быть сзади) и дождем. Солнце посылает лучи, которые, проходя сквозь капли дождя, преломляются, то есть меняют свое направление, и создают спектр. Солнце, человек 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 идет на востоке.

Радугу можно увидеть около фонтанов, водопадов на фоне завесы разбрызгиваемых капель воды, но обязательно при этом Солнце должно быть за вашей спиной.

2.4. Физика радуги.

Обычно радуга - цветная дуга, угловой радиус которой 42⁰. Из практики известно, чем выше точка наблюдения радуги, тем она полнее. Если удастся пронаблюдать радугу с вершины горы или в момент полета на самолете, она предстанет полной окружностью. Внешняя дуга радуги - красная, за ней - оранжевая, желтая, зеленая, голубая, синяя, внутренняя дуга - фиолетовая.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды дождя или тумана, кристалликах льда, парящих в атмосфере. Капли и

кристаллы отклоняют свет разных цветов от первоначального направления распространения на разные углы. Луч красного цвета в веществе имеет наибольшую скорость, поэтому он преломляется (отклоняется) меньше. Луч фиолетового цвета в веществе имеет наименьшую скорость, поэтому он преломляется больше. В результате капля воды, работающая как призма, разлагает белый свет в спектр. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение.

В воздухе же скорости света разного цвета одинаковы, их совместное действие на глаз вызывает у нас впечатление белого цвета.

2.5. Виды радуг.

Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение от капли. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, фиолетовый - внутри.

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. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более тёмный оттенок.

Красная радуга появляется в небе только на закате и является последним аккордом радуги обыкновенной. Иногда она бывает чрезвычайно яркой и остается видна даже через 5-10 минут после захода Солнца. При закате световые лучи проходят сквозь воздух более длинный путь, а так как показатель преломления воды для красного света меньше, чем для фиолетового, то красный свет меньше отклоняется при преломлении. Когда Солнце опускается за горизонт, радуга сначала теряет самые короткие -

фиолетовые волны. Они рассеиваются сразу. Потом исчезают синие, голубые, зеленые, желтые … Остается самая стойкая - красная дуга.

Белая радуга появляется в туманную погоду. Размеры частичек тумана настолько малы, что отдельные цветные полосы, на которые распадается при преломлении световой луч, расходятся в стороны не широким разноцветным веером, а едва-едва раскрывшимся. Краски как бы налагаются друг на друга, и глаз уже не различает цветов, а видит лишь бесцветную светлую дугу - белую радугу.

Так же известен широкий спектр различных оптических феноменов, связанных с возникновением радуги. Например, огненная радуга - редкое оптическое явление, возникающее при прохождении света через кристаллы льда в легких перистых высоко расположенных облаках. При этом кристаллы льда должны иметь форму листа и своими гранями располагаться параллельно поверхности Земли.

Редко наблюдаемое явление - лунная (ночная) радуга. Она порождена Луной и отличается от солнечной радуги меньшей яркостью, чаще всего кажется белой. Возникает на противоположной от Луны стороне. Для ее возникновения необходимо сочетание следующих условий: Луна должна быть практически в полной фазе и располагаться невысоко над горизонтом. Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза - «палочки» - не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы - «колбочки»).

К редким явлениям относится перевернутая радуга. Возникает в перистых облаках, расположенных на высоте 7-8 км и состоящих из кристалликов льда. Цвет в этой радуге располагается в обратном порядке: сверху - фиолетовый, снизу - красный.

Радугу можно наблюдать и зимой. Зимняя радуга - явление рассеивания и преломления световых лучей на мельчайших кристаллах льда в атмосфере. Наблюдается во время сильных морозов на бледно-голубом небе.

III. Опыты по созданию радуги.

Нами были поставлены эксперименты получения радуги в домашних условиях. Фактически нам пришлось повторить опыты Ньютона по дисперсии света.

3.1. Опыт с призмой.

Оборудование: зеркало, стеклянная призма.

Ход работы: Зеркалом ловится «солнечный зайчик» или световой поток малого поперечного сечения и направляется на стеклянную призму, В результате прохождения света через призму происходит преломление белого света и на экране наблюдается спектр.

Результат: в результате преломления света при прохождении через стеклянную призму мы видим радугу (дисперсионный спектр).

3.2. Опыт с пульверизатором.

Оборудование: пульверизатор, наполненный водой, направленный источник света.

Описание: Создаем завесу разбрызгиваемых капель воды из ручного пульверизатора. Направляем на нее свет. Стоя между источником света и экраном, наблюдаем спектральную картину. Условия такого опыта вполне соответствует природным, однако, получить требуемое облако совсем не просто.

Результат: лучи света преломились в каплях воды, мы увидели радугу (дисперсионный спектр).

3.3.Опыт с зеркалом.

Оборудование: зеркало, тарелка с водой.

Описание: Опускаем зеркало в тарелку с водой. Расположим тарелку так, чтобы направленный луч света от Солнца отражался от зеркала на стену или потолок. В результате наблюдаем радужную полоску.

Результат: при прохождении через воду белый свет преломился, возник дисперсионный спектр.

Нам удалось пронаблюдать возникновение спектра и в других условиях.

3.4.Опыт с мыльными пузырями.

Оборудование: баночка с мыльной водой, приспособление для выдувания пузырей.

Описание: Опускаем приспособление для выдувания пузырей в баночку с мыльной пеной и выдуваем пузыри. На стенках летящих в воздухе пузырей наблюдаем радужную окраску (спектр).

Результат: проходя через стенки мыльных пузырей, белый свет разлагается в спектр.

3.5.Опыт с компьютерным диском.

Оборудование: компьютерный диск, источник света - Солнце.

Описание: В солнечный день располагаем компьютерный диск под углом 25° к горизонту. Если диск «поймает» луч света, то на нем самом, на стене или потолке возникает радужная полоска.

Результат: наблюдаем спектр.

3.6. Опыт со стеклянными пластинами.

Оборудование: 2 стеклянные пластины, вазелин, тальк, бумага, лампа накаливания

Описание: Поверхность одной пластины смажем вазелином и посыпаем ее тонким прозрачным слоем талька. Покроем эту пластину другой. Края пластин заклеим

бумагой. Посмотрим через пластины на горящую лампу накаливания. Увидим вокруг лампы радужные кольца.

Результат: наблюдаем спектр.

3.7. Опыт с капроном.

Оборудование: капрон, лампа накаливания.

Описание: Посмотрим на горящую лампу накаливания через капрон или другую ткань с тонкими нитями (батист, возможно через перо птицы). Вокруг лампы увидим радужные полосы.

Результат: наблюдаем спектр.

3.8.Выводы.

Эксперименты прошли успешно. Поставленная задача выполнена. Мы пронаблюдали спектры в домашних условиях и получили эстетическое наслаждение.

Опыты 3.1-3.3 позволили пронаблюдать дисперсионные спектры белого света в условиях, подобных возникновению радуги в атмосфере Земли. Они возникли при разложении белого света на составляющие при прохождении через призму.

Условия возникновения спектров в опытах 3.4-3.7 отличаются от условий возникновения радуги. Но объяснить наблюдаемые явления мы пока не можем, так как не имеем необходимых знаний. Мы находимся в начале познания, изучения основ наук. Предмет нашего рассмотрения требует погружения в сложнейшую науку - физику. Но мы продолжим движение по пути личного исследования и откроем многие «тайны» природы.

По результатам проведенного исследования, мы пришли к следующим выводам, что:

1.Причиной возникновения радуги является преломление белого света в каплях воды.

2.Получение и наблюдение радуги в домашних условиях возможно.

IV. Заключение.

Выполнив эту работу, мы убедились, что радуга - хорошо известное оптическое явление в атмосфере наблюдается, когда Солнце освещает взвешенные капли воды, а наблюдатель при этом находится между Солнцем и дождём. Радуга наблюдается не только на пелене дождя, но и при прохождении света через кристаллы льда, туман. В качестве источника света могут служить не только Солнце и Луна, но и прожектор. С точки зрения физики, радуга - это дисперсия света.

Интересно расположение цветов в радуге. Оно всегда постоянно. Красный цвет главной радуги расположен на ее верхнем крае, фиолетовый - на нижнем. Между этими крайними цветами следуют друг за другом остальные цвета в последовательности спектра. В принципе в радуге никогда не бывают представлены все цвета спектра. Чаще всего в ней отсутствуют или слабо выражены синий, темно-синий и насыщенный красный цвета. С увеличением размеров капель воды происходит сужение цветных полос радуги, сами же цвета становятся более насыщенными.

При этом мы узнали, что открытие сложной структуры белого света принадлежит Исааку Ньютону. Он впервые ввел понятие спектра.

Мы убедились: получение радуги экспериментальным методом в домашних условиях возможно. Опыты позволили посчитать число цветных полос в радуге, а изменение условий проведения опытов позволило изменять ширину наблюдаемых

спектров.

Собранный материал по данной теме может быть интересен нашим одноклассникам при изучении природоведения, географии.

V. Литература

1. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка. - М.: Педагогика - Пресс, 1993.

2. Травина И.В. 365 рассказов о планете Земля /Науч.-поп.издание для детей. - М.:ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007.

3. Энциклопедия для любознательных. Где, что и когда? - М.: ЗАО Компания «Махаон», 2007.

4. Зверева В.Л. Солнечный свет в атмосфере. - М..: ?,1988.

5. Булат В. Л.. Оптические явления в природе.- М.: Просвещение, 1974.

6. Колтун М. Мир физики. - М.: Детская литература, 1994.

7. Тарасов Л.В. Физика в природе. М.: ? ,1989.

8. Галенс Д., Пир Н.. Книга ответов для почемучки.- Харьков, 2006.

9. Энциклопедия. Тайны леса. Хочу все знать. - М.: Атлас, 2008.

Интернетресурсы

1)сезоны-года.рф/

2) lifeglobe.net/blogs/details?id=462

3)www.infoniac.ru/

4)vse-sekrety.ru/

5)www.slideboom.com/

6)infourok.ru/kakogo_cveta_raduga._nauchnaya_rabota.-181730.htm

7) student.zoomru.ru/fiz/kak-postroit-radugu/81867.666528.s1.html

8) lifecity.com.ua/?id=3851&l=knowledge&mod=view

9) www.specnaz.sb.by/SECTION/article/nebesnye-mosty.html</</font>