В процессе работы над индивидуальным проектом по физике "Это чудо - радуга" ученица 7 класса школы узнала о природе атмосферного оптического явления – радуга. Определила, какая существует связь между дождём, солнцем и появлением радуги.

Подробнее о проекте:

В ученической исследовательской работе по физике "Это чудо - радуга" автор выясняет, почему появляется радуга и как это объясняется с точки зрения физики, исследует взгляды учёных на образование радуги, анализирует знания учащихся школы об этом явлении. С помощью толковых словарей русского языка учащаяся сформировала наиболее емкое определение понятия "радуга", а также составила список вопросов для анкетирования учеников школы.

В готовом творческом и исследовательском проекте по физике "Это чудо - радуга" автор описывает проведение экспериментов и опытов получения радуги в условиях класса и дома, применяя законы физики. Также в работе содержится информация об истории исследования явления радуги, охарактеризованы виды радуги, рассказаны легенды и верования, связанные с радугой, перечислены мнемонические фразы о радуге, а также раскрыта тема радуги в творчестве поэтов.

Оглавление

Введение               
1. Значение слова «радуга» в разных энциклопедических словарях.         
2. Анкетирование.
3. Легенды и верования, связанные с радугой.                                             
4. История исследования радуги учеными                                                   
5. Физика радуги.
6. Виды радуги. 
7. Мнемонические фразы. 
8. Радуга в творчестве поэтов.   
9. Эксперименты получения радуги в домашних условиях и в классе.
Заключение
Информационные источники    
Приложение                                                                                                

Какое из природных явлений может сравниться  по красоте с радугой? Возможно полярное сияние, вот только его видели совсем не многие.  А радугу,  которая появляется сразу после дождя,  видели все. Появившись на небосводе, она   приковывает внимание. Она настолько красивая, что ее воспевают во многих песнях, описывают в литературе, складывают о ней легенды.

Многие люди, также как и я с нетерпением ждут дождя, чтобы полюбоваться радугой. Какое же это разноцветное  чудо природы? Как образуется радуга? А можно ли наблюдать  эту красоту в классе или дома? Какие  существуют виды радуги?

Эти вопросы заинтересовали меня.  Эта тема стала мне интересна потому, что не  многие знают, как образуется радуга. Чтобы ответить на все возникшие вопросы, я решила провести исследовательскую работу.

Цели работы: Узнать о природе атмосферного оптического явления – радуга. Определить какая существует связь между дождём, солнцем и появлением радуги.

Задачи исследования:

1. Узнать, почему появляется радуга и как это объясняется с точки зрения физики.
2. Выявить взгляды учёных на образование радуги.
3. Проанализировать знания учащихся школы об этом явлении.
4. Провести эксперименты и опыты получения радуги в условиях класса и дома.
5. Подготовить презентацию по теме для использования на уроках физики, а также для внеклассной работы.
6. Методы исследования:
7. Анкетирование учащихся.
8. Поиск информации о явлении радуга: использование словарей, интернет-ресурсов, научно-популярной и учебной литературы.
9. Практический эксперимент.

Предмет исследования: радуга.

Гипотеза: Предположим, что радугу можно получить в условиях класса и дома, заменив воду стеклом или призмой.

Объект исследования: явление возникновения радуги

Радуга – разноцветная дуга на небосводе. Наблюдается, когда солнце освещает завесу дождя, расположенную на противоположной от него стороне неба. Объясняется преломлением, отражением света в каплях дождя.

Радуга - разноцветная дугообразная полоса на небесном своде, образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

Радуга - претерпевшее изменение слово «райдуга», или Божья дуга.

Проблема: Неосведомлённость учащихся в объяснении явления радуги вопреки его распространённости.

В анкетировании приняли участие учащиеся 5-7 классов (45 человек).

Ученикам были предложены следующие вопросы:

1. Видели ли вы радугу?
2. Сколько цветов в радуге?
3. Перечислите все цвета радуги.
4. Когда можно наблюдать радугу?
5. Как можно объяснить это явление?
6. Кто из учёных впервые объяснил явление радуги?
7. Знаете ли вы какие-либо пословицы, поговорки, стихи или загадки о радуге?
8. Можно ли получить радугу в домашних условиях?

Результаты анкетирования в приложении.

В скандинавской мифологиирадуга — это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард(мир богов).

В древнеиндийской мифологии радуга — лук Индры, бога грома и молнии.

По славянским поверьям, радуга, подобно змею, пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём.

В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, и является символом союза Бога и человечества (в лице Ноя) о том, что потопа никогда больше не будет.

Издавна, наблюдая интересное красивое природное явление, народ подметилряд признаков, относящихся к природе.

• радуга на небе – к перемене погоды
• dысокая и крутая радуга – к ветру, а пологая и низкая – к дождю.
• вечерняя радуга предвещает хорошую, а утренняя – дождливую погоду. -радуга после дождя, быстро исчезающая - к хорошей погоде. -радуга держится долго – к ненастью. -когда возникает 2 или 3 ярких радуги, бывает продолжительный дождь

А пытался ли кто-нибудь в истории человечества познать природу радуги? Я нашла ответ на этот вопрос в разных источниках.

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.

Он объяснил, что радуга появляется врезультате 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, где и умер, дожидаясь смертной казни. Инквизиция приговорила любознательного священника к смерти за то, что его теория о возникновении радуги противоречила библейскому толкованию. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, а его тело и рукописи были сожжены.

Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт  в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге» (1635г.). Он провёл первые исследования формы радуги. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым. В то время еще не была открыта дисперсия, поэтому радуга Декарта была белой . В отношении цветов радуги теория дополнена Исааком Ньютоном .  

В 1672 году Исаак Ньютон доказал, что обычный белый цвет – это смесь лучей разного цвета. Я затемнил мою комнату, - писал он, - и сделал очень маленькое отверстие в ставне для пропуска соответствующего количества солнечного света». На пути солнечного луча ученый поставил особое трехгранное стеклышко - призму (слово «призма» в переводе с греческого означает распиленное).

На противоположной стене он увидел разноцветную полоску – спектр (от латинского «Спектрум»- видимое). Ньютон объяснил это тем, что призма разложила белый цвет на составляющие его цвета. Поставив на пути разноцветного пучка еще одну призму, ученый снова собрал все цвета в один обычный солнечный луч. Причём первоначально он различал только пять цветов — красный, жёлтый, зелёный, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике». Но впоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра ещё два.

Радуга и есть большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в результате разложения луча света, проходящего через мельчайшие капельки дождя. В данном случае капли дождя выполняют роль призмы. Каждую такую каплю можно сравнить с круглым стеклянным аквариумом. Свет входит в каплю с одного ее конца, отражается от внутренней, противоположной поверхности под углом и выходит сквозь ту же поверхность, что и входил, но уже с другой точки.

Радуга — атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или перед ним. Оно выглядит как дуга или окружность.Радугу можно увидеть не только в небе, но и у водопада или фонтана.

Наверняка, кто видел радугу, могли заметить, что солнце всегда находится с противоположной от радуги стороны. Чтобы наблюдать радугу  находиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть! Солнце, 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. Утренняя радуга означает, что солнце находится на востоке, а дождь идет на западе. При послеобеденной радуге солнце расположено на западе, а дождь - на востоке.

Любуясь радугой, можно заметить, какой высокий и крутой ее разноцветный мост. Но глядя с поверхности Земли не видно больше половины дуги. Совсем другое дело, если смотреть на радугу с вершины горы на низменную равнину – туда, где приземляются капли дождя. В поле зрения оказалась бы больше половины окружности, а при особо благоприятных условиях, например из кабины самолета, можно увидеть радугу в виде полного кольца.

Почему же человеческий глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического

преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, преломляется 42 раза и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности. Вот как раз часть этой окружности все и привыкли наблюдать.

В радуге нижний цвет – фиолетовый, а верхний – красный, это объясняется тем, что каждая из семи составляющих белого цвета преломляется под своим углом. Луч фиолетового цвета преломляется в наибольшей степени, в то время каккрасный – в наименьшей.

Капли расположенные выше всего, посылают вниз, к глазу наблюдателя, наименее преломленные лучи красной части спектра. В то же время нижние капли посылают глазу лучи фиолетового цвета. Капли расположенные между ними посылают остальные цвета. Таким образом, существует значительное число капель, которые воспроизводят глазу человека весь диапазон цветов. А поскольку каждый наблюдатель воспринимает свет лишь от «своей» системы капель, то и видит он лишь «свою» радугу. То есть количество радуг равно количеству наблюдателей, хоть они и полагают, что любуются одной и той же радугой!

Почему иногда снаружи обычной радуги мы видим вторую, менее яркую, в которой порядок цветов обратный? Причина второй радуги, как и первой, заключается в преломлении и отражении света в капельках воды. Однако перед тем как превратиться во «вторую радугу», лучи солнечного света успевают два раза, а не один, отразиться от внутренней поверхности каждой капельки. Капельки, дающее начало «второй радуге», находятся выше тех, что служат источником «первой».

Если бы капли всё время висели в воздухе, то можно было бы наблюдать радугу в течение всего дня. Почему же этого не происходит?

Потому, что капли испаряются,  или, слившись друг с другом, падают на землю и радуга  быстро исчезает.

Вид радуги – ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов – очень сильно зависит от размера капель дождя.

Капли d от 0,5 до 1 мм дают радугу с яркими фиолетовой и зелёной полосами и с очень слабой голубой полосой.

В зависимости от величины капелек изменяется и вид радуги – меняется яркость и ширина её отдельных полос. Если в радуге ясно заметна белая полоса, то это означает, что величина капель дождя не превышает 0, 03 мм.

Когда размеры капель меньше, в радуге мало заметна красная полоса, а более выделяется жёлтая.

Таким образом, по виду радужных полос можно определить величину дождевых капель.

Двойная радуга

Нередки случаи, когда на небе появляются одновременно две радужные полосы, расположенные одна над другой.  При этом у другой радуги цвета полос располагаются в обратном порядке.

Двойная радуга объясняется тем, что солнечные лучи дважды отражаются в каплях, находящихся выше капель, дающих обычную радугу. Так как при двойном отражении в капле теряется больше света, яркость второй радуги всегда меньше, она выглядит бледнее.

Перевёрнутая радуга

Цвета в ней расположены в обратном порядке – от фиолетового к красному. В отличие от традиционной радуги, «перевёрнутая радуга» появляется на чистом небосводе, без дождевых туч. Лучи солнца должны освещать под определённым углом тонкую похожую на дымку завесу облаков на высоте 7 – 8 тысяч метров. На такой высоте перистые облака состоят из крошечных кристаллов льда. И когда выпуклые облака из ледяных кристаллов попадают под солнечные лучи – свет отражается в атмосферу, а людям удаётся увидеть красочное явление.

Зимняя радуга – Гало

Гало (от греческого означает круг, диск, аура, нимб, ореол) – оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов Гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5 – 10 км в верхних слоях тропосферы.

Лунная радуга

Лунная радуга – это радуга, которая появляется под светом Луны. Она значительно бледнее, чем обычная, и человеческому невооружённому глазу она кажется почти блой. Но при правильной фотосъёмке можно получить цвета. По сути лунная радуга – это свет, отражаемый от поверхности Луны. Для возникновения её необходимо, чтобы Луна находилась в полной фазе и стояла невысоко над горизонтом.

Тогда она будет наиболее яркой. Кроме того, условием для её появления является тёмное небо и дождь напротив Луны.

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

Каждый ОхотникЖелаетЗнать Где Сидит Фазан

Крот овце, жирафу, зайке голубые сшил фуфайки.

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь. (Высказывание, переведённое с английского языка.)

Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп. (На современный лад.)

Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности? (Философский вариант.)

В этих фразах начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета.

Каждый — Красный Охотник — Оранжевый Желает — Жёлтый Знать — Зелёный Где — Голубой Сидит — Синий Фазан — Фиолетовый

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

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:

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.

Стихотворение о зимней радуге:

                         

Радуга – это природное явление, но ведь можно попытаться воспроизвести его собственными руками! Здесь приведены лишь некоторые примеры того, как это можно сделать.

Опыт первый и второй: в солнечный день через окно солнечный луч падает на стеклянный журнальный столик и в результате преломления на ковровой дорожке и на подушке образуется радуга.

Опыт третий: в кабинете физики взяли пластмассовую шариковую ручку с прозрачным шестигранным корпусом и с пустым стержнем. В руке ручку наклонили примерно под углом 25 градусов и поймали яркий послеобеденный солнечный луч. В результате преломления солнечного луча в корпусе ручки на столе образовалась радуга.

Опыт четвёртый: в кабинете физики взяли призму и с помощью яркого солнечного луча на столе получили радугу.

Выполнив данную работу, мы смогли убедиться в том, как много полезных и удивительно интересных исторических фактов, поверий, поговорок и научных объяснений содержит в себе, казалось бы, «обычное» явление оптики.

В ходе работы мы:

• нашли, отобрали и изучили информацию, связанную с темой физического явления радуги;
• выявили и проанализировали взгляды учёных на данное явление, узнали много нового об истории его происхождения;
• убедились, что эффект радуги можно получить в домашних условиях и в условиях школьного кабинета и в любое время года можно любоваться этим красивейшим природным явлением.

Цель – узнать о природе атмосферного оптического явления – радуга, была нами достигнута, выдвинутая гипотеза подтвердилась. Результатом работы стала данная презентация.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные материалы могут быть использованы при проведении недели физики в школе, а так же учителями начальных классов при проведении уроков и занятий по ознакомлению с окружающим миром и явлениями, происходящими в окружающем мире.

Выполнив эту работу, я убедилась, что радуга – хорошо известное оптическое явление в атмосфере; наблюдается, когда солнце освещает пелену падающего дождя и наблюдатель находится между солнцем и дождём. Радуга наблюдается не только на пелене дождя. В меньших масштабах её можно увидеть на каплях воды у водопадов, фонтанов.

Интересно расположение цветов в радуге. Оно всегда постоянно. Красный цвет главной радуги расположен на её верхнем крае, фиолетовый – на нижнем крае. Между этими крайними цветами следуют друг за другом остальные цвета в такой же последовательности, как в солнечном спектре. С увеличением размеров капель дождя происходит сужение цветных полос радуги, сами же цвета становятся более насыщенными.

Во время работы над проектом я узнала о природном явлении радуге: как появляется радуга и почему она разноцветная, определила, какая существует связь между дождём, солнцем и появлением радуги, что радуга может быть одной дугой, а может быть двойная. Из истории изучения радуги я выяснила, что многие пытались объяснить природу этого явления, но полно это явление раскрыл Исаак Ньютон. Существует ночная радуга (лунная) и зимняя (Гало), но они бывают очень редко и не такая красочная как летняя.

1. Пёрышкин А.В. Физика. 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В.Пёрышкин, Е.М.Гунтик.- 14-е издание – М.: Дрофа, 2009.- 300с.
2. Афанасьев А.Н. Народные поэтические представления радуги / Филологические записки.
3. Джина Мисироглу. Новая книга ответов для почемучки. Издательство Клуб семейного досуга. Харьков Белгород. 2012.
4. Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия /Глав. Ред. М.Аксёнова.- М.: Аванта, 2004.
5. Белкин И.К. Что такое радуга? – «Квант»,1984, №12.
6. Анкеты учащихся.
7. Интернет – ресурсы.