Исследовательская работа "Радуга - знакомая незнакомка"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №14 г. Искитима»

секция физики

Радуга – знакомая незнакомка

Авторы: Шевченко Маша

МБОУ СОШ №14, 8 класс

Крылосова Полина

МБОУ СОШ №14, 7 класс

Научный руководитель:

Сивурова Татьяна Владимировна

учитель физики

первой квалификационной категории

Контактный телефон руководителя

89513849220

г. Искитим, 2017

Введение 3

Значение слова «радуга» в разных энциклопедических словарях 4

Легенды и верования, связанные с радугой 4

История исследования радуги учеными 5

Физика радуги 6

Виды радуги 7

Практическая часть 9

Заключение. 10

Приложения 11

Список источников 21

Наверное, нет человека, который не любовался бы радугой. Это великолепное красочное явление на небосводе издавна привлекало всеобщее внимание.

Какое из природных явлений может сравниться по красоте с радугой? Возможно полярное сияние, вот только его видели совсем не много человек. А радугу, которая появляется сразу после дождя, видели все. Появившись на небосводе, она приковывает внимание.

Она настолько красивая, что её воспевают во многих песнях, описывают в литературе, складывают о ней легенды.

Многие люди, также как и мы с нетерпением ждут дождя, чтобы полюбоваться радугой. Какое же это разноцветное чудо природы? Но как образуется радуга? А можно ли наблюдать эту красоту дома? Какие ещё существуют радуги? Эти вопросы заинтересовали нас.

Чтобы ответить на все возникшие вопросы, мы решили провести исследовательскую работу.

Данная исследовательская работа названа «Радуга – знакомая незнакомка» не случайно. Взрослые люди, ученые давно объяснили это явление, оно им знакомо, а вот нам ещё предстоит узнать о многих явлениях природы, пусть даже и на основе уже существующих теоретических источников.

Цель: узнать о природном явлении радуга, определить, какая существует связь между дождём, солнцем и появлением радуги. 

Объектом исследования является природное явление радуга. 
Задачи: 

1. Изучить теоретический материал о радуге;

2. Провести анкетирование среди учащихся 8 классов, что они знают о радуге;

3. Создать радугу в домашних условиях.

Исходя из вышесказанного, мы выдвинули следующую гипотезу:

Если заменить солнечные лучи искусственным источником света, тоже можно получить радугу.

Основные методы, которые мы использовали – изучение литературы, наблюдение, анкетирование, эксперимент.

1. Радуга — величественное естественное явление природы, происходящее от преломления световых лучей в дождевых каплях. Она обыкновенно бывает во время дождя, когда светит солнце, а на противоположной с ним стороне находится облако, из которого идет дождь. ( Библейская энциклопедия арх. Никифора)

2. Радуга - разноцветная дуга на небосводе. Наблюдается, когда Солнце освещает завесу дождя, расположенную на противоположной стороне неба. Объясняется преломлением, отражением и дифракцией света в каплях дождя. (Астрономический словарь)

3. Радуга - в славянской мифологии считалась луком бога-громовержца и мостом, соединяющим небо и землю. ( Словарь по мифологии М. Ладыгина.)¹

Широко распространено верование, что радуга предвещает конец дождя и ясную погоду, откуда диалектные названия «ясна», «ясновка», «ясница» и т.п. Но изредка встречаются и противоположные представления, что радуга - к дождю (польск.). В Вологодском крае учитывали и форму дуги: крутая дуга — к вёдру, а пологая — к продолжительному дождю. В Черногории считали, что, если радуга появилась на востоке, она предвещает хорошую погоду, а если на западе — дождь. Видеть радугу — к добру.

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. В некоторых местностях верят, что радуга - это сверкающее коромысло, которым небесная царица Громовница (древняя богиня весны и плодородия) черпает из моря-океана воду и орошает ею поля. Это коромысло хранится на небе, и ночью его можно видеть в созвездии Большой Медведицы.

По мнению болгарских крестьян, когда радуга долго не появляется на небе, следует ожидать неурожая, засухи и голода; отсутствие радуги означает, что «дядо Господ сердится на людей». Болгары и сербы гадали по радуге об ожидаемом урожае, причем разные цвета радуги обозначали разные культуры. Болгары считают, что зеленый цвет — это трава, желтый — просо, красный — вино, а оранжевый — жито.²

В Китае радуга - небесный дракон, союз Неба и Земли, знак объединения инь и янь.

В Древней Индии радуга - это лук Индры, бога-громовержца; кроме того, в индуизме и в буддизме "радужное тело" - это высшее йогическое состояние, достижимое в царстве сансары.

В исламе радуга состоит из четырех цветов - красного, желтого, зеленого и синего, соответствующих четырем стихиям.

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

В Древней Греции богиней радуги была девственная Ирида, вестница богов; она изображалась с крыльями и кадуцеем. Ее одеяние составляют переливающиеся цветами радуги капли росы.³

Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом. На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из нее. Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге».
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, о чём и написал в своей «Оптике».

В 1637 году знаменитый французский философ и ученый Декарт дал математическую теорию радуги, основанную на преломлении света. Впоследствии эта теория была дополнена Ньютоном на основании его опытов по разложению света на цвета с помощью призмы. Дополненная Ньютоном теория Декарта не могла объяснить одновременного существования нескольких радуг, различной их ширины, обязательного отсутствия в цветных полосах некоторых цветов, влияния размеров капель облака на внешний вид явления. Точную теорию радуги на основе представлений о дифракции света дал в 1836 году английский астроном Д. Эри. Рассматривая пелену дождя как пространственную структуру, обеспечивающую возникновение дифракции, Эри объяснил все особенности радуги. Его теория полностью сохранила свое значение и для нашего времени.

Радуга возникает из-за преломления и отражения солнечного луча на капле воды. Предмет, который может разложить луч света на его составляющие, называется «призмой». Образуемые цвета создают полоску из цветных сочетающихся линий, которая называется «спектр». Радуга и есть большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в результате разложения луча света, проходящего через капельки дождя. В данном случае капли дождя выполняют роль призмы (приложение 1).

Итак, как же образуется радуга? Прохождение солнечных лучей через каплю сопровождается дисперсией – капли «работают» как миниатюрные призмы, разлагая свет на цвета спектра, от красного до фиолетового. Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении. После дождя пока маленькие капельки воды еще удерживаются потоками воздуха, лучи солнца проходят сквозь них, преломляются, отражаются и возвращаются к нам под углом 42⁰. Иногда мы видим на небе не одну, а две радуги, причина возникновения второй, так же как и первой, заключается в преломлении и отражении света в капельках воды. Лучи солнечного света успевают два раза отразиться от внутренней поверхности каждой капельки.
Чем больше капли воды, тем ярче и насыщеннее цвета радуги. Два человека, стоящих рядом, не могут увидеть абсолютно одинаковую радугу, т.к. размер и плотность капель в различных местах могут быть разными.
Но постепенно количество и размер капелек воды уменьшается, они либо испаряются, либо падают на землю, радуга теряет свою яркость, а затем и вовсе исчезает. Конечно, радугу можно увидеть не только после или во время дождя, радуга образуется также возле водопадов, фонтанов, на фоне любой, в том числе, искусственно созданной завесы воды.⁴

Мы чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем. Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы.

1. Двойная радуга.

Мы уже знаем, что радуга на небе появляется от того, что лучи солнца проникают сквозь дождевые капли, преломляются и отражаются на другой стороне неба разноцветной дугой. А иногда солнечный луч может соорудить на небе сразу две, три, а то и четыре радуги. Двойная радуга получается, когда световой луч отражается от внутренней поверхности дождевых капель дважды. 
Первая радуга, внутренняя, всегда ярче второй, внешней, а цвета дуг на второй радуги расположены в зеркальном отражении и менее яркие.

1. Перевёрнутая радуга

Перевёрнутая радуга-явление довольно редкое. Она появляется при определённых условиях, когда на высоте 7-8 километров тонкой завесой располагаются перистые облака, состоящие из ледяных кристалликов. Солнечный свет, падая под определённым углом на эти кристаллы, разлагается на спектр и отражается в атмосферу. Цвет в перевёрнутой радуге располагается в обратном порядке: сверху находится фиолетовый, а снизу - красный.

1. Лунная радуга

Лунная радуга или ночная радуга появляется ночью и порождается Луной. Лунная радуга наблюдается во время дождя, который идёт напротив Луны, особенно хорошо видна лунная радуга во время полнолуния, когда яркая Луна находится невысоко в тёмном небе. Так же лунную радугу можно наблюдать в местностях, где есть водопады.

1. Огненная радуга

Огненная радуга - это редкое оптическое атмосферное явление. Огненная радуга появляется, когда солнечный свет проходит сквозь перистые облака под углом 58 градусов над горизонтом. Ещё одним необходимым условием для появления огненной радуги являются шестиугольные кристаллы льда, имеющие форму листа и их грани должны быть параллельными земле.

1. Зимняя радуга

Зимняя радуга - это очень удивительное явление. Такую радугу можно наблюдать только зимой, во время сильного мороза, когда холодное Солнце сияет на бледно-голубом небе, а воздух наполнен маленькими кристалликами льда. Солнечные лучи преломляются, проходя сквозь эти кристаллики, как сквозь призму и отражаются в холодном небе разноцветной дугой.

1. Туманная радуга

Туманная радуга или белая появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из очень мелких капелек воды. Такая радуга представляет собой дугу, окрашенную в очень бледные цвета, а если капельки совсем мелкие, то радуга окрашена в белый цвет. Туманная радуга может появляться и ночью во время тумана, когда на небе яркая луна. Туманная радуга довольно редкое атмосферное явление⁵(приложение 2).
Мнемонические фразы

Не так много на свете людей, которые  легко все запоминают и никогда не жалуются на память. Нам  приходится что-то запоминать. Мы  используем листки  бумаги, записные книжки,  мобильники,   компьютеры и пр. Но часто можно использовать для  запоминания информации приемы мнемоники.  
Мнемоника или мнемотехника – это искусство запоминания,  совокупность специальных приёмов, облегчающих запоминание. Самые известные запоминалки – о цветах радуги. Для запоминания последовательности цветов радуги  есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета.  Глядя сверху вниз по радуге, снаружи внутрь дуги:
Красный, Оранжевый, Жёлтый, Зелёный, Голубой, Синий, Фиолетовый.  
Самой известной запоминалкой такого рода является фраза:
Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан. Но есть и более современные, интернет варианты:
Каждый Оформитель Желает Знать, Где Скачать Фотошоп!
Каждый  Одмин Желает Знать Где Системный Файл
Каждый Образованный Жжист Знает Где Смотреть Френдленту

И вот так:

Кот Ослу Жирафе Зайке Голубые Сшил Фуфайки

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь⁶

1. Анкетирование

Узнав столько интересного о радуге, нам захотелось узнать: а что знают ребята нашей школы о радуге. Для этого нами была проведена анкета среди учащихся 8 классов. Ребятам было предложено 5 вопросов: 

1. Видел ли ты радугу? 

2. Знаешь ли ты, причины появления радуги? Назови ее.

3. Бывает ли радуга без дождя? 

4. Знаешь ли ты, последовательное расположение цветов радуги? Запиши.

5. Можно ли получить радугу дома? Приведи примеры.

Проанализировав ответы (приложение 3), учащихся и сопоставив их с тем, что мы узнали о радуге, мы пришли к выводу, что надо выступить перед ребятами со своей исследовательской работой и рассказать об удивительном явлении природы – радуга.

1. Эксперименты получения радуги в домашних условиях.

Цель: показать, что можно самостоятельно, в домашних условиях расщепить видимый солнечный свет на отдельные цвета, воспроизведя эффект радуги. 
Практическая работа №1.

Оборудование: мыльный раствор

Ход опыта. Приготовили мыльный раствор и надули мыльный пузырь. На пузыре появилась радуга. Свет, проходя через мыльный пузырь, преломляется и распадается на цвета, в результате появляется радуга.

Практическая работа №2.

Оборудование: лист бумаги, хрустальный стакан.

Ход опыта. Поставили хрустальный стакан на белый лист бумаги. Поймали стаканом солнечный свет. На листе бумаги появились цветные полосы радуги.

Практическая работа №3.

Оборудование: компьютерный диск, настольная лампа.

Ход опыта. На компьютерный диск мы направили луч света от настольной лампы  и отразили этот луч на потолок, на котором получилась вот такая красивая радуга!

Практическая работа №4.

Оборудование: тарелка, вода, белый картон, маленькое зеркальце

Ход опыта. В ясный солнечный день мы взяли тарелку с водой, лист белого картона и маленькое зеркальце. Поставили тарелку с водой на самое солнечное место. Опустили зеркальце в воду и прислонили его к краю тарелки. Мы поворачивали зеркальце под таким углом, чтобы на него падал яркий солнечный свет. Вода в тарелке, выполняет роль дождевой капли. При входе в воду видимый свет преломляется. Мы стали, перемещать картон перед миской и на нём появилась отражённая «радуга».⁷

Практическая работа №5.

Оборудование: прозрачная трехгранная призма.

Ход опыта. Если рассматривать сквозь призму предметы белого цвета, они выглядят цветными. С помощью призмы мы получили изображение радуги на стене. Для этого мы «поймали» призмой солнечные луч. Этот опыт легко повторить и с искусственным источником света (приложение 4).

Осуществление данного проекта позволило нам развить свои навыки работы с дополнительной информацией, умение проводить эксперименты, проводить анализ полученных результатов, обосновывать итоги исследований.

Во время работы над проектом мы узнали о природном явлении радуге: как появляется радуга и почему она разноцветная, определили, какая существует связь между дождем, солнцем и появлением радуги, узнали, 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.

Опытным путём мы доказали, что эффект радуги можно получить в домашних условиях и в любое время года любоваться этим красивейшим природным явлением, которое всё ещё хранит много загадок.

Приложение 2

1. Двойная радуга.

2. Перевернутая радуга.

3. Туманная радуга.

4. Лунная радуга.

5. Огненная радуга.

6. Зимняя радуга.

Приложение 3

Анкетирование

Среди 8-ых классов мы провели анкетирование, в котором приняло участие 29 учеников. На диаграммах отображена статистика результатов проведенных опросов.

Приложение 4

Эксперименты получения радуги в домашних условиях

Практическая работа№1

Практическая работа№2

Практическая работа№3

Практическая работа№4

Практическая работа №5

1. https://how-to-all.com/значение: радуга

2. http://www.liveinternet.ru/users/3469412/post220914131/

3. http://rainbowbk.ucoz.ru/forum/9-25-1

4. http://megalektsii.ru/s36831t2.html

5. http://vse-sekrety.ru/929-pochemu-poyavlyaetsya-raduga.html

6. http://www.liveinternet.ru/users/3109898/post294016573

7. glazastik.com

8. А.В. Перышкин, Е.М.Гутник Физика 9

9. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев Физика 11

1^ https://how-to-all.com/значение: радуга

2^ http://www.liveinternet.ru/users/3469412/post220914131/

3^ http://rainbowbk.ucoz.ru/forum/9-25-1

4^ http://megalektsii.ru/s36831t2.html

5^ http://vse-sekrety.ru/929-pochemu-poyavlyaetsya-raduga.html

6^ http://www.liveinternet.ru/users/3109898/post294016573

7^ glazastik.com