Исследовательская работа на тему: «Дождь и радуга».
Для проектной работы мы выбрали тему: «Дождь и радуга», так как это великолепное красочное явление на небосводе издавна привлекало всеобщее внимание. Всем известна поговорка: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». По начальным буквам этой поговорки, мы запоминаем названия и последовательность цветов такого необычного и красивого явления природы, как радуга.
Актуальностью данной темы является факт того, что не все знают, как именно образуется радуга? Как и когда она появляется? Кто из учёных занимался изучением этого природного явления?
Проблема исследования – условия, при которых радуга появляется в природе.
Объект исследования: природное явление – радуга.
Предмет исследования: количество цветов в радуге.
Цель исследования: исследовать возникновение радуги в природе, рассмотреть и изучить цвета радуги и их расположение.
Задачи исследования: 1) Найти материал, описывающий и объясняющий возникновение радуги.
3) Найти и подобрать опыты для получения радуги в экспериментальных условиях.
Гипотеза: Предположим, что радуга появляется после дождя и имеет семь цветов, как это принято, предполагать.
Методы исследования: 1) Анализ литературы на данную тему.
2) Проведение самостоятельных практических опытов для подтверждения гипотезы.
3) Рассмотрение цветов радуги и их расположение.
1. Откуда берутся облака? Что такое дождь?
На самом деле, не так уж и просто дать объяснение. Облака состоят из обыкновенных капелек воды, которые с поверхности Земли поднял вверх тёплый воздух.[8] Вода испарилась. Испарение – это и есть превращение жидкой воды в пар. Пар – это молекулы воды, летающие в воздухе, они невидимы. Всё новые и новые молекулы отрываются от поверхности моря и переходят в воздух. И в воздухе их становится всё больше и больше. Воздух, в котором много паров воды, называется влажным. Если мало — сухим. Самое большое количество водяных паров образуется над океанами, за один год воды испаряется не менее 400 тыс. км 3 . А на суше в четыре раза меньше. [4]
В тёплом воздухе может поместиться значительно больше пара, чем в холодном. Тёплый воздух поднимается вверх. А так как в верхних слоях атмосферы значительно холоднее, чем внизу, воздух там довольно быстро остывает, пар конденсируется, образуя малюсенькие частички, состоящие из воды и льда, вследствие чего появляются белые облака.
Капли в облаках сливаются друг с другом, растут и в итоге становятся такими тяжёлыми, что не могут уже летать в воздухе. Тогда они падают – идёт дождь. Дождь — это атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде капель жидкости со средним диаметром от 0,5 до 6—7 мм. [1]
2. Как и когда появляется радуга?
Радуга – одно из самых удивительных явлений природы. Что такое радуга? Как она появляется? Эти вопросы интересовали людей во все времена. Даже Аристотель пытался разгадать ее.
Ее красота поражает и восхищает. Глядя на этот разноцветный «волшебный мост», хочется верить в чудеса. Что же означает появление радуги? Радуга появилась поутру (но не позднее полудня) – к дождю. Есть ещё одна примета: увидеть радугу вечером – к хорошей погоде. Радуга появилась с дождём и исчезла после его окончания – к погожим дням. Если дождь давно прошёл, а радуга всё стоит – ненастья не избежать. Сразу несколько радуг появились во время дождя – небо не прояснится в течение нескольких дней. [9]
Когда бывает радуга? Ее можно наблюдать во время дождя или после ливня. Но для ее возникновения недостаточно молнии и грома. Она появляется лишь в том случае, если сквозь тучи пробивается солнце. Нужны определенные условия для того, чтобы ее можно было заметить. Радуга образуется, когда на пути солнечного света встречаются капельки воды, например, около фонтана, водопада, бурной речки или в небе после дождя. Попадая в каплю, лучи оказываются в необычной для них среде и начинают преломляться – разбегаться в разные стороны. Красные лучи отделяются от жёлтых, зелёные от синих. (Приложение №1)
И когда луч выходит из капельки, белый свет рассыпается на разные краски. Вдали от воды эти краски снова смешиваются в один дружный поток. Этот поток настолько бурный и шумный, что мы не можем различить, где красные лучи, где зелёные, а где синие. Поэтому солнечный свет нам кажется белым, а не цветным. [2]
3. Почему радуга разноцветная?
Давайте представим себе, что радуга – это один солнечный луч. Обычно солнечные лучи невидимы, так как рассеиваются воздухом. Дневной солнечный свет часто называется белым. На самом деле, ощущение белого света вызвано путем смешивания таких цветов, как красный , оранжевый, желтый, зеленый, голубой , синий и фиолетовый. Это сочетание цветов называется солнечным спектром, их совокупность и дает белый цвет. [5]
Зеленая листва , голубое небо, яркие краски природы — это все преломление солнечных лучей, которые проходя через тонкий слой атмосферы отражают составляющие части белого цвета . Понятие о спектральном составе белого цвета ввел Исаак Ньютон. [3] Он провел опыт, когда луч от источника света был пропущен через узкую щель, за которой помещена линза. Из нее пучок света перенаправлялся на призму, где преломлялся и распадался на составляющие. (Приложение 2)
Вспомните, что призма — это многогранник с основанием, стороны которого образуют объемную фигуру. Капля воды – это настоящая призма. Попадая сквозь нее, луч солнца преломляется и превращается в радугу.
Расщепляется солнечный свет по-разному, потому что каждая волна спектра имеет свою длину. Отличительной особенностью является и то, что два рядом стоящих наблюдателя увидят каждый свою радугу.
Эффект произойдет из-за того, что капли не могут быть одинаковыми, а расположение цветов, их яркость, ширина дуг радуги напрямую зависят от размера и формы капель. [7]
Если вы хотите увидеть радугу во всей красе, необходимо, чтобы солнце светило вам в спину. Радуга будет ярче и насыщенней, если свет преломляется через крупные капли, если они мелкие, дуги будут шире, но их цвет менее ярким. Бывает так, что при падении капли дождя становятся сплющенными, в этом случае радиус радуги будет маленьким. Если капли при падении вытянутся, то, радуга будет высокой, но ее цвета бледные . [10]
Первичная радуга — вид радуги, образованный в результате одного отражения света. Как мы уже знаем, радуга возникает в результате многократного внутреннего отражения света в капельках воды. Чт обы радуга образовалась , солнечный свет должен попасть в дождевую каплю под углом примерно 42 градуса.
Полирадуга (множественная радуга )- вид радуги, образованный в результате многократного отражения луча света в капле воды. Нередко над первой, или первичной, радугой мы наблюдаем и вторую, так называемую побочную или вторичную радугу.
Первичная радуга образуется в результате однократного отражения луча света в капле воды. Побочная же радуга – продукт двукратного отражения. Каждое отражение в капле «переворачивает» луч, поэтому цвета во вторичной радуге расположены в обратном порядке, т.е. внешняя полоса фиолетовая, а внутренняя – красная.
Лунная радуга — вид радуги, образованный лунными лучами. Наблюдать радугу можно не только днем, но и ночью. В этом случае в каплях дождя преломляются уже не солнечные лучи, а лунные. Она ничем не отличается от солнечной, разве только яркостью. Лунная радуга появляется только в ночи, когда Луна особенно яркая, а именно в полнолуние и ночи, близкие к нему.
Красная радуга — вид радуги, образующийся на закате солнца.
Иногда ранним утром, сразу после восхода солнца, можно наблюдать радугу на росе. Это вид радуги, образующийся в каплях росы.
Радуга-колесо — вид радуги, образующийся при сильном дожде, это прерывистая радуга. Темные участки возникают, когда идет слишком сильный дождь, не позволяющий свету радуги дойти до глаз наблюдателя. Также в образовании разрывов могут участвовать темные тучи.
В итоге получается радуга, по внешнему виду схожая с колесом телеги. А если еще тучи при этом быстро движутся, то возникает иллюзия движения «колеса».
Туманная радуга — вид радуги, образующийся в каплях тумана. Она представляет собой широкую белую дугу, иногда слабо окрашенную по краям. Внешняя сторона может быть окрашена в фиолетовый цвет, а внутренняя – в оранжевый. [1]
5. Радуга экспериментальным путём.
Для того чтобы убедиться, что в радуге действительно семь цветов, и исследовать это природное явление, нами был проведен ряд опытов. (Приложение 3)
Опыт 1. Искусственная радуга.
Емкость с водой, лист белой бумаги, фонарик, зеркало.
Ход опыта:
В емкость наливаем воду и опускаем на дно зеркало. Направляем на зеркало свет фонарика. Отраженный луч света нужно «поймать» на бумагу. Из-за преломления луча на листе появляется радуга.
Объяснение:
Луч света состоит из нескольких цветов, когда он проходит сквозь воду, то раскладывается на составные части – семь цветов радуги.
Опыт 2. Радужные мыльные пузыри.
Емкость с мыльной водой, приспособление для выдувания пузырей.
Ход опыта:
Берем приспособление, окунаем в емкость с мыльной пеной и выдуваем пузыри. На летящих в воздухе пузырях можно увидеть семицветную радугу.
Объяснение:
Лучи света, попадая на пузырь, преломляются и дают красивые радужные цветные кольца, которые первым начал изучать Исаак Ньютон.
Опыт 3. Разложение белого света в спектр с помощью CD-диска.
CD- диск, белая бумага, фонарик.
Возьмем диск. Направим на него фонарик так, чтобы на его зеркальную поверхность попадали лучи света. Направляем свет с помощью диска на белый лист бумаги. Изменяем наклон CD-диска, и тогда мы сможем увидеть множество «радужных» узоров.
Объяснение:
Свет преломляется на зеркальной поверхности диска, подобно преломлению солнечного света в капле воды. Поэтому мы можем увидеть радугу.
Опыт 4. Радуга в фотоаппарате.
фотоаппарат, настольная лампа или фонарик, CD- диск.
Светим на зеркальную поверхность диска лампой. Включаем камеру на фотоаппарате и направляем на диск. На всей поверхности диска появляется радуга.
Объяснение:
Камера фотоаппарата, подобно нашему глазу, воспринимает свет. Диск раскладывает белый свет фонарика на семь цветов спектра. Поэтому мы можем через камеру наблюдать радугу на зеркальной поверхности диска.
Во многих культурах существуют легенды и мифы о силе радуги, люди посвящают ей произведения искусства, музыки и поэзии. Люди восхищаются этим природным явлением, потому что радуга является обещанием светлого, «радужного» будущего. [6]
В ходе работы мы выяснили, что 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.
1) Чаще всего радуга возникает утром и вечером. Чтобы радуга образовалась, 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) 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. Она менее яркая, так как чем ярче свет, тем разноцветнее радуга.
3) Свет, отраженный от определенных дождевых капель, отражается от других капель с совершенно разного угла для каждого из нас. Так как два человека не могут находиться в одном и том же месте, они не могут видеть одну и ту же радугу.
4) Многие из нас помнят стишок, который позволяет запомнить 7 классических цветов радуги (Каждый охотник желает знать, где сидит фазан). Однако на самом деле радуга состоит из более чем миллиона цветов, включая цвета, которые человеческий глаз не может увидеть.
5) Вы можете также сделать настоящую радугу в домашних условиях. В работе мы описали и провели эти опыты.
Список использованных источников и литературы:
1. Детская энциклопедия «Все обо всем» под ред. А. Ликум.- изд.-во «АСТ» — 1997.
2. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка. – М.:Педагогика – Пресс, 1993.
3. Новая детская энциклопедия, Москва РОСМЕН, 2011г.
4. Степанова Т.В. Детская Энциклопедия РОСМЭН. – Москва, 2016 .
5. Хочу все знать. Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта, Москва 2008г.
6. Я познаю мир. География. Детская энциклопедия. — М., АСТ-ЛТД, 1997.
7. Я познаю мир. География. Детская энциклопедия. –Москва,АСТ,1999.
Источник