Складає веселки. Все про веселку як фізичне явище. Природне явище – веселка
Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версіяроботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF
Вступ 3
Глава 1. Літературний аналіз на тему дослідження 5
1.1. Історичний аспект вивчення теми 5
1.2. Основні поняття досліджуваної проблеми 6
1.3. Характеристика видів веселки
Розділ 2. Експериментальна частина 11
2.1. Методика експериментальної роботи 11
2.2. Результати експериментальної роботи 14
Висновок 17
Список литературы 18
Додаток 1. 19
Додаток 2. 21
Додаток 3. 22
Додаток 4. 26
Додаток 5. 28
Вступ
Актуальність.
Напевно, немає людини, яка не милувалася б веселкою. Це чудове барвисте явище на небі здавна привертало загальну увагу. Її вважали доброю провісницею, приписували їй магічні властивості. Всі знають, що чарівними властивостями веселка може мати лише казки, а насправді веселка - це оптичне явище, пов'язане з заломленням світлових променів на численних крапельках дощу. Однак не всі знають, як утворюється веселка. Коли та як її можна побачити? Чи можна експериментально досліджувати веселку? Як отримати штучну веселку? Відповіді на ці та інші питання даються в цій роботі.
Об'єкт дослідження:природне явище – веселка.
Предмет дослідження:способи отримання веселки.
Я висунула наступну гіпотезу:використовуючи різні лабораторні установки, можна отримати штучну веселку та досліджувати її Фізичні властивостіу лабораторних умовах.
Мета мого дослідження:виявити фізичні властивості веселки та експериментально апробувати способи її отримання у лабораторних умовах.
Поставлену мету я досягала, вирішуючи завдання:
зібрати інформацію про способи отримання, властивості та види веселки;
сконструювати лабораторні установки для отримання веселки та апробувати їх у домашніх умовах;
проаналізувати теоретичні та практичні результати своєї роботи.
Етапи дослідження:
зібрати інформацію про види та властивості веселки (запитати у батьків, прочитати у книзі, знайти в Інтернеті);
підібрати експериментальні роботи з отримання штучної веселки;
сконструювати лабораторні установки для отримання штучної веселки;
провести експеримент;
порівняти теоретичний та практичний результат щодо отримання штучної веселки;
оформити науково-дослідну роботу;
підготувати доповідь та презентацію до захисту роботи.
Методи та прийоми:спостереження, експеримент, аналіз.
Глава 1. Літературний аналіз на тему дослідження
- Історичний аспект вивчення теми
У російських літописах веселка називається «райською дугою» або скорочено «райдуга». В Стародавню Греціювеселку уособлювала богиня Іріда («Іріда» означає «райдуга»). За уявленнями стародавніх греків, веселка поєднує небо і землю, і Іріда була посередницею між богами та людьми. Веселка фізичне явище. 8
Веселка завжди пов'язується із дощем. Вона може з'явитися перед дощем, і під час дощу, і після нього, залежно від того, як переміщається хмара, що дає зливи.
Перша спроба пояснити веселку як природне явище природи було зроблено 1611 р. архієпископом Антоніо Домінісом. Його пояснення веселки суперечило біблійному, тому він був відлучений від церкви і засуджений до страти. Антоніо Домініс помер у в'язниці, не дочекавшись страти, але його тіло та рукописи були спалені. 8
Наукове пояснення веселки вперше дав Рене Декарт в 1637 р. Декарт пояснив веселку на підставі законів заломлення та відображення сонячного світла в краплях дощу, що випадає. У той час ще не була відкрита дисперсія - розкладання білого світла у спектр при заломленні. Тому веселка Декарта була білою.
Через 30 років Ісаак Ньютон, який відкрив дисперсію білого світла під час заломлення, доповнив теорію Декарта, пояснивши, як заломлюються кольорові промені у краплях дощу. 3
Незважаючи на те, що теорія веселки Декарта — Ньютона створена понад 300 років тому, вона правильно пояснює основні особливості веселки: становище головних дуг, їх кутові розміри, розташування кольорів у веселках різних порядків.
- Основні поняття досліджуваної проблеми
Звичайна веселка - це кольорова дуга кутовим радіусом 42 °, видима на тлі завіси зливового дощу або смуг падіння дощу, часто не досягають поверхні Землі. Веселка видна осторонь небосхилу, протилежному Сонцю, і обов'язково при Сонці, не закритому хмарами. Центром веселки є точка, діаметрально протилежна Сонцю, - антисолярна точка. Зовнішня дуга веселки червона, за нею йде помаранчева, жовта, зелена дуги і т. д., закінчуючи внутрішньою фіолетовою. 2
Справа в тому, що більш менш сферична крапля, освітлена паралельним пучком променів сонячного світла, може утворити веселку тільки у вигляді кола.
Скільки ж променів веселки в пучку світла, що падає на краплю? Їх багато, сутнісно, вони утворюють цілий циліндр. Геометричне місце точок їх падіння на краплю це ціле коло.
В результаті проходження через краплю і заломлення в ній циліндр білих променів перетворюється на серію кольорових вирв, вставлених одна в одну. Зовнішня вирва червона, в неї вставлена оранжева, жовта, далі йде зелена і т. д., закінчуючи внутрішньою фіолетовою. 4
Розмір і форма крапель та їх вплив на вид веселки
Вид веселки — ширина дуг, розташування та яскравість колірних тонів, положення додаткових дуг дуже залежить від розміру крапель дощу. З вигляду веселки можна приблизно оцінити розміри крапель дощу, що утворили цю веселку. Чим більше краплі дощу, тим веселка виходить вже й яскравіше. Особливо характерним для великих крапель є наявність насиченого червоного кольору в основній веселці. Чим краплі дрібніші, тим веселка стає більш широкою і бляклою, з помаранчевим або жовтим краєм. Додаткові дуги далі відстоять один від одного і від основних веселок. 8
Вид веселки залежить і від форми крапель. При падінні у повітрі великі краплі сплющуються, втрачають свою сферичність. Вертикальний переріз таких крапель наближається до еліпсу.
Чи можна бачити ціле коло веселки? З поверхні Землі можна спостерігати веселку у разі у вигляді половини кола, коли Сонце перебуває в горизонті. Коли Сонце піднімається, веселка йде під горизонт. З літака або вертольота можна спостерігати веселку у вигляді цілого кола. 8
Розрахунки за формулами дифракційної теорії, виконані для крапель різного розміру, показали, що весь вид веселки - ширина дуг, наявність, розташування та яскравість окремих колірних тонів, положення додаткових дуг дуже сильно залежать від розміру крапель дощу. Наведемо основні характеристики зовнішнього виглядувеселки для крапель різних радіусів. 5
Радіус крапель 0,5—1 мм.Зовнішній край основної веселки яскравий, темно-червоний, за ним йде світло-червоний і далі чергуються всі кольори веселки. Особливо яскравими здаються фіолетовий та зелений. Додаткових дуг багато (до п'яти), у яких чергуються фіолетово-рожеві тони із зеленими. Додаткові дуги безпосередньо примикають до основних веселок.
Радіус крапель 0,25 мм.Червоний край веселки став слабшим. Інші кольори видно як і раніше. Декілька фіолетово-рожевих додаткових дуг змінюються зеленими.
Радіус крапель 0,10—0,15мм.Червоного кольору в основній веселці більше нема. Зовнішній край веселки помаранчевий. В іншому веселка добре розвинена. Додаткові дуги стають все більш жовтими. Між ними і між основною веселкою та першою додатковою з'явилися просвіти.
Радіус крапель 0,04—0,05мм.Веселка стала помітно ширша і блідіша. Зовнішній край її блідо-жовтий. Найяскравішим є фіолетовий колір. Перша додаткова дуга відокремлена від основної веселки досить широким проміжком, колір її білястий, трохи зеленуватий і білувато-фіолетовий.
Радіус крапель 0,03 мм.Основна веселка ще ширша з дуже слабо забарвленим ледь жовтуватим краєм, містить окремі білі смуги.
Радіус крапель 0,025 мм і менше.Веселка стала зовсім білою. Вона приблизно вдвічі ширша за звичайну веселку і має вигляд блискучої білої смуги. Усередині неї можуть бути додаткові пофарбовані дуги, спочатку блідо-блакитні або зелені, потім білувато-червоні. 1
Таким чином, на вигляд веселки можна приблизно оцінити розміри крапель дощу, що утворили цю веселку. В цілому, чим крупніші краплі дощу, тим веселка виходить вже й яскравішою, особливо характерною для великих крапель є наявність насиченого червоного кольору в основній веселці. Численні додаткові дуги також мають яскраві тони і безпосередньо, без проміжків, примикають до основних веселок. Чим краплі дрібніші, тим веселка стає ширшою і бляклою з помаранчевим або жовтим краєм. Додаткові дуги далі відстоять один від одного і від основних веселок.
Вид веселки залежить і від форми крапель. При падінні у повітрі великі краплі сплющуються, втрачають свою сферичність. Вертикальний переріз таких крапель наближається до еліпсу. Розрахунки показали, що мінімальне відхилення червоних променів при проходженні через сплющені краплі радіусом 05 мм становить 140 °. Тому кутовий розмір червоної дуги буде не 42 °, а тільки 40 °. Для більших крапель, наприклад радіусом 1,0 мм, мінімальне відхилення червоних променів складе 149 °, а червона дуга веселки буде мати розмір 31 °, замість 42 °. Таким чином, чим сильніше сплющування крапель, тим менше радіус утвореної ними веселки. 7
- Характеристика видів веселки
Чи бувають веселки без дощу чи без смуг падіння дощу? Бувають – у лабораторії. Штучні веселки створювалися внаслідок заломлення світла в одній підвішеній крапельці дистильованої води, води із сиропом або прозорої олії. Розміри крапель варіювалися від 1,5 до 4,5 мм. Тяжкі краплі витягувалися під дією сили тяжіння, та їх перетин був еліпс. При освітленні крапельки променем гелій-неонового лазера з'являлися як перша і друга веселки, а й надзвичайно яскраві третя і четверта, з центром навколо джерела світла (у разі лазера). Іноді вдавалося отримувати навіть п'яту та шосту веселки. Ці веселки, як перша і друга, знову були осторонь, протилежної джерелу. Щоправда, ці веселки були однобарвними, червоними, оскільки утворені не білим джерелом світла, а монохроматичним червоним променем. 8
Туманна веселка
У природі зустрічаються білі веселки. Вони з'являються під час освітлення сонячним проміннямслабкого туману, що складається з крапель радіусом 0,025 мм або менше. Їх називають туманними веселками. Крім основної веселки у вигляді блискучої білої дуги з ледь помітним жовтуватим краєм спостерігаються іноді пофарбовані додаткові дуги: дуже слабка блакитна або зелена дуга, а потім білувато-червона.
Аналогічного виду білу веселку можна побачити, коли промінь прожектора, розташованого позаду вас, висвітлює інтенсивний серпанок або слабкий туман перед вами. Навіть вуличний ліхтарможе створити, хоч і дуже слабку, білу веселку, видиму на темному тлі нічного неба. 6
Місячні веселки
Аналогічно сонячним можуть виникнути і місячні веселки. Вони слабші і з'являються за повного Місяця. Місячні веселки явище рідкісніше, ніж сонячні. Для їх виникнення необхідне поєднання двох умов: повний Місяць, не закритий хмарами, і випадання зливового дощу або смуг його падіння (що не досягають Землі).
Веселки, утворені місячним промінням, не райдужні і виглядають як світлі, абсолютно білі дуги. Відсутність червоного кольору у місячних веселок навіть при великих краплях дощу пояснюється низьким рівнемосвітлення вночі, при якому повністю втрачається чутливість ока до променів червоного кольору. Інші кольорові промені веселки також втрачають значною мірою свій колірний тон через незабарвленість нічного зору людини. 8
Розділ 2. Експериментальна частина 2.1. Методика експериментальної роботи
Для отримання веселки в лабораторних умовах існує безліч способів та методик, ми у своїй роботі використовували такі:
Досвід 1. Веселка в тазі.
Обладнання та матеріали:скляна ємність; вода; Дзеркало.
Хід роботи:
Сонячного дня наповни велику скляну ємність водою. Потім опусти у воду дзеркало. Посувай це дзеркало і знайди таке його положення, при якому на стінах кімнати утворюється веселка. Можеш зафіксувати положення дзеркала. Дай воді заспокоїтися для того, щоб веселка вийшла чіткішою, а потім намалюй або сфотографуй веселку так, як ти її побачив.
Обладнання та матеріали:скляна ємність; вода; Дзеркало; білий аркуш паперу; ліхтарик.
Хід роботи:
Сонячного дня наповни велику скляну ємність водою. Потім опусти у воду дзеркало. Посувай це дзеркало і знайди таке його положення, при якому на стінах кімнати утворюється веселка. Можеш зафіксувати положення дзеркала. Дай воді заспокоїтися для того, щоб веселка вийшла чіткіше. Додатково поставити перед тазиком з водою та дзеркалом аркуш білого паперу, направте світло ліхтарика на занурену у воду частину дзеркала, веселка з'явиться на аркуші паперу. Потім намалюй або сфотографуй веселку так, як ти її побачив.
Досвід 3. Веселка у коробці.
Обладнання та матеріали:картонна коробка; канцелярський ніж; компакт-диск типу CD-R; пластмасова трубка; клей; ліхтарик; свічка; люмінесцентна лампа.
Хід роботи:
Візьміть велику картонну коробку. У її бічній стінці проріжте вертикальну щілину заввишки кілька сантиметрів і шириною від 3 до 5 мм. Вона надаватиме потоку світла форму тонкої смужки, що простягається у вертикальній площині. На протилежній стінці коробки помістіть чистий компакт-диск типу CD-R.
Тепер у бічній стінці коробки проріжте отвір під трубку для спостереження спектра. Незважаючи на те, що трубка має круглий переріз, отвір має бути овальним, щоб її можна було повертати у горизонтальній площині.
Вставте трубку в отвір. Направте щілину на джерело світла. Загляньте в трубку і, повертаючи її, знайдіть спектр і розгляньте його.
Спробуйте поспостерігати за допомогою спектроскопа спектри різних джерел світла: сонця, лампи розжарювання, люмінесцентної лампи, свічки, світлодіодів різних кольорів.
Спектри, отримані спектроскопом, можна фотографувати веб-камерою або цифровим фотоапаратом.
Обладнання та матеріали:лист фанери, ніж, ліхтар, аркуш білого паперу, компакт-диск, олівці, фотоапарат.
Хід роботи:
Візьміть лист фанери, пластмаси або іншого непрозорого матеріалу, що легко обробляється. Його розміри мають бути приблизно 300 на 300 мм, товщина не критична. Проріжте в його середині пряму щілину завдовжки близько 100 і шириною близько 4 мм.
Розташуйте лист вертикально. Зробіть для нього підставку, щоб його не потрібно тримати в руках, адже вам доведеться утримувати в них ще два предмети, затемніть приміщення.
Увімкніть точкове джерело світла з безперервним спектром. Це може бути, наприклад, кишеньковий ліхтарик на основі лампочки розжарювання. Розташуйте його приблизно за 500 міліметрів від щілини.
З протилежного боку щілини розмістіть під кутом 90 градусів лист звичайного паперу. Закріпіть його.
Візьміть звичайний компакт-диск (темний, наприклад RW, не підійде). Розташуйте його між щілиною та аркушем паперу так, щоб на нього проектувався спектр.
Утримуючи ліхтарик і диск, попросіть помічника сфотографувати веселку, що вийшла.
Тримайте ліхтарик та диск так, щоб спектр не зрушувався. Зверніть увагу на те, що до зсуву диска він помітно чутливіший, ніж до зсуву ліхтарика.
Потім попросіть помічника взяти кольорові олівці чи фломастери. Нехай помічник обведе спектр олівцями або фломастерами тих кольорів, які відповідають проектованим.
Зніміть лист, що вийшов, після чого відключіть ліхтар і розберіть установку. Увімкніть світло у приміщенні. Порівняйте фотографію, що вийшли, і малюнок між собою.
Дайте відповідь на питання, чому кольори в будь-якому спектрі завжди розташовані в однаковому порядку?
Досвід 5. Райдужний фонтан.
Обладнання та матеріали:консервна банка, ножиці, електрична лампочка, вода.
Хід роботи:
У високій консервній банці на висоті 5 см від дна треба просвердлити круглий отвір діаметром 5 - 6 мм. Електричну лампочку з патроном треба акуратно обгорнути целофановим папером і розташувати напроти отвору. У банку треба налити води. Відкривши отвір , отримаємо струмінь, який буде освітлений зсередини. У темній кімнаті вона яскраво світиться і опеньків виглядає дуже ефектно.
2.2. Результати експериментальної роботи
Ми з мамою та татом будинку проробили досліди, описані у пункті 2.1. Результати, отримані в ході експериментальної частини роботи, можна описати наступним чином:
Досвід 1. Веселка в тазі.
Наповнили скляну чашку водою. Потім опустили у воду дзеркало і висвітлили його ліхтариком. Посунули дзеркало, і знайшли таке становище, при якому на стінах кімнати утворилася веселка. Коли вода заспокоїлася, веселка вийшла чіткішою.
Спостереження:
Ми набули вигляду веселки, що відображається на дзеркалі (додаток 1). Пучок світла, відбитий дзеркалом на виході із води, заломлюється. Кольори, що становлять білий колір, мають різні кути заломлення, тому вони падають у різні точки та стають видимими.
Досвід 2. Веселка на білому листі.
Все залишилося з досвіду 1, тільки додатково поставили перед чашкою з водою аркуш білого паперу, направили світло ліхтарика на дзеркало, веселка з'явиться на аркуші паперу.
Спостереження:
Нам вдалося зловити дзеркалом промінчик, який подарував нам ось таку веселку... (Додаток 2).
Досвід 3. Веселка у коробці.
Ми взяли велику картонну коробку. У її бічній стінці прорізали вертикальну щілину, на протилежній стінці коробки помістили чистий компакт-диск. У бічній стінці коробки прорізали отвір під трубку для спостереження спектра.
Вставили трубку в отвір. Направили джерело світла на щілину. Заглянули в трубку і, повертаючи її, знайшли спектр.
Ми сфотографували спектри, отримані за допомогою домашнього спектроскопа, та порівняли їх.
Спостереження:
Висвітлюючи диск різними джерелами світла (ліхтариком, лампою розжарювання), ми отримали спектри однакового складу, що видно на фотографіях (додаток 3).
Досвід 4. Вивчення розташування квітів у веселці.
З аркуша фанери ми зробили підставку. Всередині однієї сторони прорізали пряму щілину. Розташували аркуш білого паперу вертикально. Затемнили приміщення. Компакт-диск розмістили між щілиною та аркушем паперу так, щоб на нього падали промені світла. Кишеньковим ліхтариком висвітлили щілину.
Спостереження:
На аркуші паперу з'являється веселка (додаток 4), кольори у будь-якому спектрі завжди розташовані однаково.
Досвід 5. Райдужний фонтан.
У високій консервній банці тато просвердлив круглий отвір. У банку ми налили води. Електричну лампочку з патроном акуратно розташували навпроти отвору. У темній кімнаті відчинили отвір.
Спостереження:
Отримали струмінь, який освітлений зсередини, він яскраво світиться. На шляху струменя підставили палець, і вода розбризкувалася у вигляді фонтан, у якого струмені, що викидаються, освітлюються зсередини (додаток 5).
Висновок
Виконавши цю роботу, я переконалася, як багато дивовижного, повчального, корисного для практики може полягати у добре знайомому явищі заломленні світла.
У ході свого дослідження я сформулювала наступні висновки:
Для отримання веселки в лабораторних умовах існує безліч способів та методик.
В експериментальній частині наведено опис декількох установок, за допомогою яких штучна веселка була отримана в домашніх умовах.
Отримані результати щодо веселки можуть бути цікаві і корисні як стороннього спостерігача, так школярів.
Наприкінці слід зазначити, що веселка - дуже цікаве явище, Вивчення якого вимагає великих зусиль і є дуже пізнавальним, а практична цінністьроботи полягає в тому, що отримані матеріали можуть бути використані вчителями початкових класівпри проведенні уроків та занять з ознайомлення з навколишнім світом.
Список літератури
«Велика Енциклопедія Кирила та Мефодія».
Бєлкін І.К. Що таке веселка? - «Квант» 1984 № 12, С. 20.
Булат В.Л. Оптичні явища у природі. М: Просвітництво, 1974, 143 с.
Гегузін Я.Є. «Хто творить веселку?» - "Квант" 1988 р., № 6, С. 46.
Звєрєва С.В. У світі сонячного світла. - Л.: Гідрометеоздат, 1988.
Майєр В.В., Майєр Р.В. «Штучна веселка» - «Квант» 1988, № 6, С.48.
Тарасов Л.В. Фізика у природі. - М: Просвітництво, 1988.
http://www.allbest.ru
Фотографії результатів досвіду 1
Малюнок 1. Підготовка устаткування роботи.
Малюнок 2. Встановлюємо дзеркало у тарілку з водою.
3. Загальний вигляд веселки на стіні.
Малюнок 4. Збільшене відображення веселки.
Додаток 2.
Фотографії результатів досвіду 2
Малюнок 5. Відображення веселки на папері.
Рисунок 6. Вид веселки на аркуші білого паперу.
Додаток 3.
Фотографії результатів досвіду 3
Рисунок 7. Підготовка спектроскопа із картонної коробки.
Рисунок 8. Підготовка спектроскопа з картонної коробки.
Малюнок 9. Освітлення диска за допомогою ліхтарика.
Рисунок 10. Спостерігаємо за появою веселки у коробці.
Рисунок 11. Сектор веселки, який ми отримали під час освітлення ліхтариком зі світлодіодними лампами.
Рисунок 12. Сектор веселки, який ми отримали під час освітлення ліхтариком зі світлодіодними лампами.
Рисунок 13. Сектор веселки, який ми отримали під час освітлення лампою розжарювання.
Рисунок 14. Сектор веселки, який ми отримали під час освітлення лампою розжарювання.
Додаток 4.
Фотографії результатів досвіду 4
Малюнок 15. Макет із фанери.
Малюнок 16. Компакт-диск, за допомогою якого буде переломлюватися світло.
Рисунок 17. Веселка на аркуші паперу (А та Б).
Додаток 5.
Фотографії результатів досвіду 5
Малюнок 18. Встановлення для отримання фонтану.
Рисунок 19. Наливаємо води в установку для отримання фонтану.
Малюнок 20. Відкриваємо отвір і отримуємо райдужний струмінь.
Рисунок 21. Отримання райдужного фонтану.
Райдуга - одне з самих дивовижних явищприроди. Що таке веселка? Як вона виникає? Ці питання цікавили людей за всіх часів. Навіть Аристотель намагався розгадати її таємницю. Існує безліч повір'їв та легенд, пов'язаних з нею (дорога на той світ, зв'язок між небом та землею, символ достатку тощо). Деякі народи вірили, що той, хто пройде під веселкою, змінить свою стать.
Її краса вражає та захоплює. Дивлячись на цей різнокольоровий «чарівний міст», хочеться вірити у чудеса. Поява веселки в небі сповіщає, що негода закінчилася і настала ясна сонячна пора.
Коли буває веселка? Її можна спостерігати під час дощу або після зливи. Але для її виникнення недостатньо блискавки та грому. Вона виникає лише тому випадку, якщо крізь хмари пробивається сонце. Потрібні певні умовищоб її можна було помітити. Необхідно перебувати між дощем (він має бути спереду) та сонцем (воно ззаду). Ваші очі, центр веселки та сонце мають бути на одній лінії, інакше цього чарівного мосту вам не бачити!
Напевно, багато хто помічав, що буває, коли промінчик падає на мильний міхур або на край скошеного дзеркала. Він поділяється на різноманітні кольори (зелений, синій, червоний, жовтий, фіолетовий тощо). Предмет, який розбиває промінь на кольори, називають призмою. А різнобарвну лінію, що утворюється, - спектром.
Так що таке є вигнутий спектр, кольорова смуга, що утворилася в результаті поділу променя світла при проходженні через дощові краплі (вони в цьому випадку є призмою).
Кольори сонячного діапазону розташовуються у порядку. З одного боку – червоний, потім помаранчевий, поряд – жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Веселка добре видно, поки крапельки дощу падають рівномірно та часто. Чим частіше, тим вона яскравіша. Таким чином, у дощовій краплі відбуваються відразу три процеси: заломлення, відображення та розкладання світла.
Де побачити веселку? У фонтанів, водоспадів, на тлі крапель, що розбризкуються і т.п. Її розташування на небі залежить від становища сонця. Можна помилуватися всім райдужним колом, якщо виявитись високо в небі. Чим вище сонце піднімається над горизонтом, тим менше стає кольорове півколо.
Перша спроба пояснити, що таке веселка, була зроблена в 1611 Антоніо Домінісом. Його пояснення відрізнялося від біблійного, тому він був засуджений до смерті. В 1637 Декарт дав наукове явище на підставі заломлення і відображення сонячного світла. Тоді ще не знали про розкладання променя на спектр, тобто дисперсії. Тому веселка Декарта виявилася білою. Через 30 років її «розфарбував» Ньютон, доповнивши теорію колеги поясненнями заломлення кольорових променів у краплях дощу. Незважаючи на те, що теорії вже більше 300 років, вона правильно формулює, що таке веселка, основні її особливості (розташування кольорів, положення дуг, кутові параметри).
Вражаюче, як звичні для нас світло і вода створюють разом зовсім новий, неймовірної краси, витвір мистецтва, подарований нам природою. Райдуга завжди викликає сплеск емоцій і надовго залишається в пам'яті.
Ганна Ліфанова
Що таке веселка? Конспект пізнавального заняттядля дітей старшого дошкільного віку
Ціль. Розвиток аналітико-синтетичних здібностей дитини.
Завдання:
познайомити дітейз властивістю світла перетворюватися на райдужний спектр;
Розширювати уявлення про змішування кольорів, що становлять білий колір.
Матеріал та обладнання: Презентація з репродукціями картин художників із зображенням. веселки, літрова миска з водою, пляшка світлого лаку для нігтів.
Хід заняття:
Вихователь: Послухайте, хлопці, вірш:
Веселка
Веселкав небі весняним висіла,
Весело з неба дивилася на землю.
Радо ми посміхалися у відповідь:
- Веселка – веселка, колір - пересвіт.
Веселкав небі недовго висіла,
З неба на землю недовго дивилася:
Растала...
Що ж на згадку вона всім
Залишила?
Червоні маки,
Жовтий пісок
Зелений спалахнув
На гілці листок.
Жук фіолетовий
Гріє боки
Синя хлюпає
Річка біля берегів.
Помаранчевим сонцем
Зігріти ліси
А у шпака
Блакитні очі. В. Степанов
Вихователь: Діти, подивіться на репродукції знаменитих художників Що ви бачите на всіх цих картинах?
Діти: веселку
Вихователь: А хто-небудь знає, що таке веселкаі як вона з'являється?
Діти відповідають, що вона з'являється після дощу, коли світить сонечко.
Вихователь: Веселка– одне з найкрасивіших явищ природи.
А ви, хлопці, бачили колись веселку?
На що вона схожа?
Вихователь вислуховує відповіді дітей: На коромисло, на дугу, на міст та ін.
Вихователь: Людина ще з давніх часів замислювалася над природою походження. веселкиі пов'язував появу на небі різнокольорової дуги з безліччю повір'їв та легенд. Одні вважали, що веселка – це небесний міст, З якого на землю спускалися боги чи ангели, інші казали, що це дорога між небом і землею або з брами в інший потойбічний світ.
Насправді ж, веселка– це атмосферне явище, що спостерігається при освітленні Сонцем безлічі водяних крапель під час дощу або туману, або після дощу. Коли сонячні промінчики переломлюються у краплях води під час дощу, на небі з'являється різнокольорова дуга.
А давайте згадаємо, скільки кольорів має веселка і які?
Діти: 7 кольорів, перераховуємо кольори, згадуючи відомий віршик: «Кожен мисливець хоче знати, де сидить його фазан».
Вихователь: Зараз ми спробуємо створити свою веселку
Досвід « Райдужна плівка»
Поставити миску з водою на стіл, щоб на неї не падали прямі промені світла. Потримати над мискою пензлик із бульбашки з лаком, поки крапля лаку не впаде у воду. Спостерігати за поверхнею води. Посувати головою, щоб подивитися на воду з різних точок. Що ми побачили?
На тонкому шарі лаку, що розлився по воді, видно райдужні переливи. Лак утворює тонку плівку на поверхні води. Коли на поверхню цієї плівки падає світло, кожен його промінь частково відбивається від неї. Інша частина променя досягає нижньої поверхні плівки і теж відбивається від неї. Відбиття променів складаються один з одним, і ми можемо бачити переливи райдужних тонів.
Фізкультхвилинка:
В небі веселка висить у повітрі"намалювати" веселку
Дітлахам веселить. потягнутися вгору і помахати кистями рук
З неї, як із гірки, опустити руки вниз
Їдуть Єгорка, півень,
Кіт, свиня та я. загинати пальці на руці
Вихователь: Зараз ми пограємося з фарбами Змішуватимемо фарби, щоб намалювати веселку.
К - червоний
О - помаранчевий
Ж - жовтий
З – зелений
Г – блакитний
С – синій
Ф – фіолетовий
У нас з вами є лише 4 кольори: червоний, жовтий, синій, білий
Як же нам намалювати веселку?
Діти пропонують свої варіанти змішування фарб.
Вихователь: Давайте перевіримо ваші відповіді Червоний у нас є, помаранчевий = червоний + жовтий, жовтий - є зелений = синій + жовтий, блакитний = синій + білий, синій є, фіолетовий = синій + червоний.
Я пропоную кожному намалювати свою веселку, тільки не переплутати розташування квітів.
І врешті заняття, ми знову пограємося з мильними бульбашками Випустивши бульбашки, уважно подивіться на них. У кожного міхура є Райдужна оболонкаяка також включає всі кольори.
Відповідь відома: це різнокольорова смуга у формі дуги, яка іноді з'являється на тлі неба. Райдуга – явище одночасно оптичне, атмосферне та погодне. Воно виникає, коли повітря насичене дрібними краплями води і крізь них проходить світло.
Трапляється це після або під час дощу, туману або в ясну погоду біля річки, фонтану, поливальної машини.
Чому веселка кольорова?
Веселка складається з променів світла. Звідки береться їхня різнобарвність? Ми бачимо світло білим. Насправді сонячне світло складається з частинок, що коливаються з різною частотою. Її наш мозок (завдяки очам) і розрізняє як кольори. Наприклад, промені з високою частотою коливань ми сприймаємо як червоні, з низькою – фіолетові. У загальному потоці промені різних частот перемішані, і світло здається білим.
Коли він проходить через краплі води, що висять у повітрі, він змінює напрямок – заломлюється. Причому різні його промені переломлюються під різними кутами: червоні під невеликим, а, скажімо, фіолетові – під великим кутом. І на виході з крапель "біле" світло розпадається на спектр - промені з різним забарвленням. Їх ми й бачимо як веселку.
Схоже зображення виходить, коли переливається різними кольорами плівка бензину на калюжі або мильна бульбашка.
Чому веселка після дощу не завжди видно?
Щоб народилася видима веселка, потрібно щоб потік світла був досить сильним. У похмуру погоду веселки не побачити.
При цьому світло має бути перед очима, а не позаду голови. Зазвичай, одні люди бачать веселку, а інші – одночасно з першими – її не бачать. Чому? Якщо сонце спиною, то ви бачитимете світло до того, як він пройшов через краплі і заграв спектром.
Коли сонце стоїть надто високо, його промені після заломлення не потрапляють у вічі. Чим вище сонце – тим дуга веселки менша. Тому веселку не видно опівдні, а частіше її спостерігають вранці або надвечір.
Зате коли ви піднімаєтеся (наприклад, сходами), все більше і більше світлових променів потрапляє в очі, і веселка росте. А пасажири авілайнера, що летить, бачать в ілюмінатори не райдужну дугу, а повне коло!
Скільки у веселці квітів?
Не треба посміхатися – питання не таке дурне, як здається.
Звичайно, ми звикли, що квітів цих сім, але це данина традиції. Вона йде від Ісаака Ньютона. У дослідах він показав звідки береться спектр. Великий учений нарахував у веселці п'ять кольорів – червоний, жовтий, зелений, блакитний та фіолетовий. Проте цифра йому не дуже сподобалася.
Магічним числом вважалася сімка (сім днів тижня, сім чудес світу, сьоме небо, сім смертних гріхів тощо). "Придивившись" до веселки, Ньютон додав спектру два відтінки - помаранчевий та індиго (синьо-фіолетовий), і квітів стало сім.
А ось стародавні русичі були впевнені, що в ній лише чотири кольори — черв'яний, синій, зелений та багряний. Японцям веселка бачиться шестиколірною – у них зелений вважається різновидом синього. Коротше, у різних народів число квітів райдужних коливається від дев'яти до двох (світлого і темного).
Запитувати, скільки їх "насправді", сенсу немає - кольори спектру непомітно переходять один в одного і умовно розділяти його можна на скільки завгодно смуг.
Як запам'ятати порядок квітів у веселці?
Ну, це дуже легко. Ми їх пам'ятаємо за першими буквами слів у нехитрій фразі: "Кожен мисливець хоче знати, де сидить фазан"(червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий). Є й сучасний варіант: «Кожен оформлювач бажає знати, де завантажити «Фотошоп».
У англійців фраза про «фазана» виглядає коротшим: Run off you girls – boys in view(«біжіть, дівчата – хлопчики з'явилися»).
Є варіант серйозніший: Richard of York gave battle in vain(«Річард Йоркський дав бій даремно»). Зверніть увагу на набір кольорів: red, orange, yellow, green, blue, indigo, violet – англійці зберегли індиго! Що поробиш, у їхній мові блакитний та синій кольори позначаються однаково.
Як отримати веселку вдома?
Побачити повноцінну веселку від підлоги до стелі вам не вдасться. Але все ж…
1.
Візьміть CD, поставте під сонячне світло і змінюйте кут нахилу. Так неважко отримати на диску яскраві райдужні плями, смуги або коло його краю.
2.
Сонячного дня поставте миску з водою на підвіконня або столик біля вікна. На дно її покладіть дзеркало. Взявши в руку, рухайте його та дзеркало так, щоб на папір потрапив потік променів, відбитий дзеркалом. Світло від нього, проходячи шар води, розкладатиметься на спектр. На папері з'явиться шматочок веселки.
НАУКОВО-ДОСЛІДНА РОБОТА
Двоє людей, що стоять поруч, бачать кожен свою веселку! Тому що в кожен момент веселка утворена заломленням сонячних променів у нових та нових краплях. Краплі дощу падають. Місце краплі, що впала, займає інша і встигає послати свої кольорові промені в веселку, за нею наступна і так далі
Підготували: Полозова Юлія, Стежкіна Анастасія, Хіміна Олена
Науковий керівник: Запорожцева Ольга Іванівна (учитель фізики)
С. Лосєво 2015 рік
ЗМІСТ
1. Введення ……………………………………………………………………………………………….
2.Що таке веселка, історія дослідження …………………………………………………………….
3.Райдуга в міфології та релігії ……………………………………………………………………….
4.Історія дослідження ………………………………………………………………………………..
5.Фізика веселки …………………………………………………………………………………………
5.1.Звідки ж береться веселка? Умови спостереження ……………………………………………….
5.2.Чому веселка має форму дуги ………………………………………………………………..
5.3.Забарвлення веселки і вторинна веселка ………………………………………………………………
5.4.Причина веселки – заломлення та дисперсія світла ……………………………………………..
5.4.1.Досліди Ньютона ……………………………………………………………………………….
5.4.2.»Ньютон» у краплі ……………………………………………………………………………..
5.4.3.Схема утворення веселки ……………………………………………………………………
6.Незвичайні веселки …………………………………………………………………………………….
7.Райдуга та асоційовані терміни …………………………………………………………………
1. ВВЕДЕННЯ
Якось, опинившись на природі, ми спостерігали досить гарне явище – веселку. Краса цього явища просто зачарувала. У нас виникло багато опитувань, які пізніше ми і сформулювали в нашому проекті.
Цілі проекту:
Зрозуміти як утворюється веселка.
Чому вона завжди утворюється під одним кутом?
Чому веселка має форму дуги?
Веселка: головна та побічна. Чим відрізняються?
Чому зв'язують у вченому світі ім'я Ісаака Ньютона з веселкою?
І ось наше дослідження розпочалося.
2.ЩО ТАКЕ РАДУГА
Веселка – це взагалі не об'єкт, а оптичне явище. Виникає це явище внаслідок заломлення променів світла у краплях води, і це виключно під час дощу. Тобто, веселка - це ніякий не об'єкт, а лише гра світла. Але яка гарна гра, треба сказати!
Насправді звична для ока людини дуга є лише частиною різнокольорового кола. Цілком же це природне явище можна бачити лише з борту літака, та й то лише за достатньої міри спостережливості
Перші дослідження форми веселки ще XVII столітті проводив французький філософ і математик Рене Декарт. Для цього вчений використовував скляну кулю, заповнену водою, що давало можливість уявити, як відбивається сонячний промінь у краплі дощу, переломлюючись і тим самим стає видимим.
Щоб запам'ятати послідовність кольорів у веселці (або спектрі) є спеціальні прості фрази - у них перші літери відповідають першим літерам назв кольорів:
До акПро одного разуЖ а до -З вонарГ оловийЗ ламавФ онар.
До коженПро охотникЖ їлаєЗ натиГ деЗ ідеФ Азан.
Запам'ятайте їх - і ви легко в будь-який час зможете намалювати веселку!
Першим, хто пояснив природу веселки бувАрістотель . Він визначив, що "райдуга – це оптичне явище, а не матеріальний об'єкт".
Елементарне пояснення явища веселки дано було ще 1611 р. А. де-Доміні у його творі "De Radiis Visus et Lucis", розвинене потім Декартом ("Les météores", 1637) і цілком розроблено Ньютоном у його "Оптиці" (1750) .
Веселка від однієї краплі слабка, й у природі її неможливо побачити окремо, оскільки крапель у завісі дощу багато. Веселка, яку ми бачимо на небосхилі, утворена міріадами крапель. Кожна крапля створює серію вкладених одна в одну кольорових вирв (або конусів). Але від окремої краплі до веселки потрапляє лише один кольоровий промінь. Око спостерігача є загальною точкою, в якій перетинаються кольорові промені від безлічі крапель. Наприклад, всі червоні промені, що вийшли з різних крапель, але під тим самим кутом і потрапили в око спостерігачеві, утворюють червону дугу веселки. Також утворюють дуги всі оранжеві та інші кольорові промені. Тому веселка кругла.
3.РАДУГА В МІФОЛОГІЇ І РЕЛІГІЇ
Люди давно замислювалися над природою цього найкрасивішого явища природи. Людство пов'язало веселку з безліччю повір'їв та легенд. У давньогрецькій міфології, наприклад, веселка – це дорога між небом та землею, якою ходила посланниця між світом богів та світом людей Іріда. У Китаї вважали, що веселка – це небесний дракон, союз Неба та Землі. У слов'янських міфах і легендах веселку вважали чарівним небесним мостом, перекинутим з неба на землю, дорогою, якою ангели сходять з небес набирати воду з річок. Цю воду вони наливають у хмари і звідти вона падає цілющим дощем.
Забобонні люди вважали, що веселка є поганим знаком. Вони вважали, що душі померлих переходять у потойбічний світ за веселкою, і якщо з'явилася веселка, це означає чиюсь близьку кончину.
Звичайно, з найдавніших часів люди намагалися дати пояснення веселці. В Африці, наприклад, вважали, що веселкою є величезна змія, яка періодично вилазить із небуття для скоєння своїх темних справ. Проте, зрозумілі пояснення щодо цього оптичного дива змогли дати лише до кінця сімнадцятого століття. Жив тоді помаленьку знаменитий Рене Декарт. Саме він уперше зміг змоделювати заломлення променів у водяній краплі. У своїх дослідженнях Декарт використовував скляну кулю, наповнену водою. Проте, до кінця секрет веселки він пояснити так і не зміг. Проте Ньютон, який замінив це саму кулю призмою, зумів-таки розкласти промінь світла в спектр.
УЗАГАЛЬНЕННЯ:
У веселка - це міст, що з'єднує (світ людей) і (світ богів).
У давньоіндійській - лук, бога грому та блискавки.
В - дорога, посланниці між світами богів та людей.
За повір'ями, веселка, подібно до змія, п'є воду з озер, річок і морів, яка потім проливається дощем.
Ховає горщик золота у місці, де веселка торкнулася землі.
За повір'ями, якщо пройти крізь веселку, можна поміняти підлогу.
У веселка з'явилася після як символ прощення людства, і є символом союзу (на іврит- брит) бога і людства (в особі листа) про те, що потопу ніколи більше не буде.
4.ІСТОРІЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РАДУГИ
Перський астроном (1236-1311), а, можливо, його учень (1260-1320), мабуть, був першим, хто дав досить точне пояснення феномену.
Загальна фізична картина веселки була описана у книзі "De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride". На підставі досвідчених спостережень він дійшов висновку, що веселка виходить у результаті відбиття від внутрішньої поверхнікраплі дощу та дворазового заломлення - при вході в краплю та при виході з неї.
Дав повніше пояснення веселки на рік у своїй праці «Метеори» у розділі «Про веселку».
Хоча багатобарвний спектр веселки безперервний, у ньому виділяють 7 кольорів. Вважають, що першим вибрав число 7 , для якого число мало спеціальне значення (з або міркувань). Причому спочатку він розрізняв тільки п'ять кольорів - червоний, жовтий, зелений, блакитний і фіолетовий, про що і написав у своїй "Оптиці". кольорів спектра ще два.
5.ФІЗИКА РАДУГИ
5.1. Звідки ж береться веселка? Умови спостереження
Райдугу можна спостерігати тільки перед дощем або після нього. І тільки в тому випадку, якщо одночасно з дощем крізь хмари пробивається сонце, коли сонце висвітлює пелену падаючого дощу і спостерігач знаходиться між сонцем та дощем. Що при цьому відбувається? Промені Сонця проходять через краплинки дощу. А кожна така крапелька працює як призма. Тобто вона розкладає біле світло Сонця на його складові – промені червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, глибокого, синього та фіолетового кольору. Причому крапельки по-різному відхиляють світло різних кольорів, внаслідок чого біле світло розкладається в різнокольорову смугу, яку називаютьспектром .
Ви можете бачити веселку тільки в тому випадку, якщо знаходитесь суворо між сонцем (воно має бути ззаду) та дощем (він має бути перед вами). Інакше веселки не побачити!
Іноді, дуже рідко, веселка спостерігається в тих же умовах і при висвітленні дощової хмари місяцем. Те ж явище веселки помічається іноді і при освітленні сонцем водяного пилу, що носить у повітрі поблизу фонтану або водоспаду. Коли сонце закрите легкими хмарами - перша веселка здається іноді зовсім не забарвленою і представляється у вигляді білуватої дуги, світлішої, ніж фон небосхилу; таку веселку називають білою.
Спостереження явища веселки показали, що дуги її представляють правильні частини кіл, центр яких завжди лежить на лінії, що проходить через голову спостерігача і сонце; так як таким чином центр веселки при високо стоїть сонце лежить нижче горизонту, то спостерігач бачить лише невелику частину дуги; при заході сонця і сході сонця, коли сонце на горизонті, веселка представляється як полудуги окружності. З вершини дуже високих гір, з повітряної куліможна побачити веселку і у вигляді більшої частини дуги кола, тому що за цих умов центр веселки розташований над видимим горизонтом.
ВИСНОВОК: Веселка з'являється лише тоді, коли для цього створюються відповідні умови. Сонячне світло має світити вам у спину, а краплі дощу падати десь попереду. (Оскільки для утворення веселки потрібне яскраве сонячне світло, це означає, що злива вже пішла далі або взагалі пройшла стороною, а ви стоїте до неї обличчям.)
5.2. Чому веселка має форму дуги.
Чому веселка напівкругла? Люди давно задавалися цим питанням. У деяких міфах Африки веселка – це змія, яка охоплює Землю кільцем. Але тепер ми знаємо, що веселка - це оптичне явище - результат заломлення променів світла в крапельках води під час дощу. Але чому ми бачимо веселку саме у формі дуги, а не, наприклад, у формі вертикальної кольорової смуги?
Тут набуває чинності закон оптичного заломлення, у якому промінь, проходячи через краплю дощу, що у певному становищі у просторі, зазнає 42-кратное заломлення і стає видимим людському оку саме у формі кола. Ось саме частина цього кола ви звикли спостерігати.
Форма веселки визначається формою крапельок води, в яких заломлюється сонячне світло. А крапельки води – більш-менш сферичні (круглі). Проходячи через краплю і заломлюючись у ній, пучок білих сонячних променів перетворюється на серію кольорових вирв, вставлених одна в одну, звернених до спостерігача. Зовнішня вирва червона, в неї вставлена оранжева, жовта, далі йде зелена і т. д., закінчуючи внутрішньою фіолетовою. Таким чином, кожна окрема крапля утворює цілу веселку.
Звісно, веселка від однієї краплі слабка, й у природі її неможливо побачити окремо, оскільки крапель у завісі дощу багато. Веселка, яку ми бачимо на небосхилі, утворена міріадами крапель. Кожна крапля створює серію вкладених одна в одну кольорових вирв (або конусів). Але від окремої краплі до веселки потрапляє лише один кольоровий промінь. Око спостерігача є загальною точкою, в якій перетинаються кольорові промені від безлічі крапель. Наприклад, всі червоні промені, що вийшли з різних крапель, але під тим самим кутом і потрапили в око спостерігачеві, утворюють червону дугу веселки. Також утворюють дуги всі оранжеві та інші кольорові промені. Тому веселка кругла.
Райдуга і є величезний вигнутий спектр. Для спостерігача землі веселка зазвичай виглядає як дуга - частина кола, І що вище перебуває спостерігач, тим веселка повніше. З гори або літака можна побачити і повне коло!
Цікаво відзначити, що дві людини, які стоять поряд і спостерігають веселку, бачать її кожен по-своєму! Все це від того, що в кожен окремий момент перегляду веселка утворюється постійно в нових краплях води. Тобто одна крапля падає, а замість неї з'являється інша. Також, вигляд та колір веселки залежить від розміру крапель води. Чим краплі дощу більші, тим яскравішою буде веселка. Найнасиченішим кольором у веселці є червоний. Якщо краплі дрібні, то веселка буде ширшою з яскраво вираженим помаранчевим кольором із краю. Треба сказати, що найдовшу хвилю світла ми сприймаємо як червону, а найкоротшу – як фіолетову. Це стосується не лише випадків спостереження за веселкою, а й взагалі всього і вся. Тобто ви тепер зможете з розумним виглядом коментувати стан, розмір і колір веселки, а також всіх інших видимих людському оку предметів.
Двоє людей, що стоять поруч, бачать кожен свою веселку! Тому що в кожен момент веселка утворена заломленням сонячних променів у нових та нових краплях. Краплі дощу падають. Місце краплі, що впала, займає інша і встигає послати свої кольорові промені в веселку, за нею наступна і так далі.
Вид веселки залежить і від форми крапель. При падінні у повітрі великі краплі сплющуються, втрачають свою сферичність. Чим сильніше сплющування крапель, тим менше радіус утвореної ними веселки.
Існує така група оптичних явищ, яка називається гало. Вони викликані заломленням світлових променів крихітними кристаликами льоду в перистих хмарах та туманах. Найчастіше гало утворюються навколо Сонця чи Місяця. Ось приклад такого явища – сферична веселка навколо Сонця:
Насправді веселка – це не півколо, а коло. Просто ми не бачимо цього в повному обсязі, тому що центр кола веселки лежить на одній прямій із нашими очима. Ось, наприклад, з борту літака можна побачити повну, круглу веселку, щоправда буває це вкрай рідко, тому що в літаках зазвичай дивляться на гарних сусідок, або жрут гамбургери, граючи в AngryBirds. То чому ж веселка має форму півкола? Все це тому, що краплі дощу, що утворюють веселку, є згустками води із закругленою поверхнею. Світло, що виходить із цієї самої краплі, відображає її поверхню. Ось і весь секрет.
ВИСНОВОК: Вид веселки залежить і від форми крапель. При падінні у повітрі великі краплі сплющуються, втрачають свою сферичність. Чим сильніше сплющування крапель, тим менше радіус утвореної ними веселки Дуга веселки - це лише відрізок світлового кола, в центрі сектора огляду якого знаходиться спостерігач, тобто ви. І чим вище ви стоїте, тим повнішою буде веселка
Вид веселки – ширина дуг, наявність, розташування та яскравість окремих колірних тонів, положення додаткових дуг – дуже сильно залежать від розміру крапель дощу. Чим більше краплі дощу, тим вже й яскравіше виходить веселка. Характерним для великих крапель є наявність насиченого червоного кольору в основній веселці. Численні додаткові дуги також мають яскраві тони і безпосередньо, без проміжків, примикають до основних веселок. Чим краплі дрібніші, тим веселка стає ширшою і бляклою з помаранчевим або жовтим краєм. Додаткові дуги далі відстоять один від одного і від основних веселок. Таким чином, на вигляд веселки можна приблизно оцінити розміри крапель дощу, що утворили цю веселку.
5.3.Забарвлення веселки та вторинна веселка
Забарвленість райдужного кільця обумовлюється заломленням сонячних променів у сферичних краплях дощу, відображенням їх від поверхні крапель, а також дифракцією (від лат. diffractus – розламаний) та інтерференцією (від лат. inter – взаємно та ferio – ударяю) відбитих променів різної довжини.
Іноді можна побачити ще одну, менш яскраву веселку навколо першої. Це вторинна веселка, у якій світло відбивається у краплі двічі. У вторинній веселці «перевернутий» порядок кольорів - зовні знаходиться фіолетовий, а всередині червоний:
Внутрішня, найчастіше видима дуга пофарбована із зовнішнього краю у червоний колір, з внутрішнього – у фіолетовий; між ними у звичайному порядку сонячного спектру лежать кольори: (червоний), оранжевий, жовтий, зелений, синій та фіолетовий. Друга, рідше спостерігається дуга лежить над першою, забарвлена зазвичай слабше, і порядок розташування квітів у ній зворотний. Частина небосхилу всередині першої дуги здається звичайно дуже світлою, частина небозводу над другою дугою здається менш світлою, кільцеве ж простір між дугами здається темним. Іноді, крім цих двох головних елементів веселки, спостерігаються ще додаткові дуги, що становлять слабкі кольорові розмиті смуги, що оздоблюють верхню частину внутрішнього краю першої веселки і рідше - верхню частину зовнішнього краю другої веселки
Іноді можна побачити ще одну, менш яскраву веселку навколо першої. Це вторинна веселка, у якій світло відбивається у краплі двічі. У вторинній веселці «перевернутий» порядок кольорів – зовні знаходиться , а всередині червоний. Кутовий радіус вторинної веселки 50-53 °. Небо між двома веселками зазвичай має помітно темніший відтінок.
У горах та інших місцях, де дуже чисте повітря, можна спостерігати третю веселку (кутовий радіус близько 60 °).
Нерізкість і розмитість фарб веселки пояснюється лише тим, що джерелом освітлення не точка, але ціла поверхня - сонце, що окремі різкіші веселки, утворені окремими точками сонця, накладаються друг на друга. Якщо сонце світить крізь пелену тонких хмар, то джерелом, що світиться, є хмара, навколишнє сонце, протягом 2 -3° і окремі кольорові смуги настільки накладаються один на одного, що око вже не розрізняє кольорів, а бачить лише безбарвну світлу дугу.білу веселку.
Так як дощові краплі збільшуються в міру наближення до землі, то додаткові веселки можуть бути добре видно лише при заломленні та відображенні світла у високо розташованих шарах дощової пелени, тобто при невеликій висоті сонця і лише у верхніх частин першої та другої веселки. Повна теорія білої веселки дана була Пертнером в 1897 р. Часто порушувалося питання про те, чи бачать різні спостерігачі ту саму веселку і чи представляє веселка, видима в тихому дзеркалі великого водного резервуара, відображення безпосередньо спостерігається веселки.
ВИСНОВОК: Веселка виникає, коли сонячний відчуває в крапельках води, що повільно падають у . Ці крапельки різних, внаслідок чого світло розкладається в. Нам здається, що з простору по концентричних () виходить різнокольорове світіння. При цьому джерело яскравого світла завжди знаходиться позаду спостерігача. Пізніше виміряли, що відхиляється на 137-30 хвилин, а на 139°20')
5.4.Причина веселки – заломлення та дисперсія світла
Дуже просто: Говорячи просто, поява веселки можна вивести в таку формулу: світло, проходячи крізь краплинки дощу, переломлюється. А переломлюється він тому, що вода має густину вищу, ніж повітря. Білий колір, як відомо, складається із семи основних кольорів. Цілком зрозуміло, що всі кольори мають різну довжину хвилі. І ось тут і криється весь секрет. Коли сонячний промінь проходить крізь краплю води, він заломлює кожну хвилю по-різному.
А тепер докладніше.
5.4.1.ДОСВІТИ НЬЮТОНА
Ньютон при вдосконаленні оптичних приладів помітив, що зображення пофарбоване з обох боків у райдужний колір. Його зацікавило це. Він почав досліджувати його докладніше. Через призму пропускалося звичайне біле світло, а на екрані можна було спостерігати спектр, подібний до кольорів веселки. Спочатку Ньютон думав, що ця призма забарвлює білий колір. Внаслідок численних дослідів вдалося з'ясувати, що призма не забарвлює, а розкладає білий колір у спектр.
ВИСНОВОК: промені різних кольорів виходять із призми під різними кутами.
5.4.2.«НЬЮТОН» У КРАПЛЯХ
Проходячи крізь краплі дощу, світло заломлюється (відхиляється убік), оскільки вода має більшу щільність, ніж повітря. Відомо, що білий колір складається з семи основних кольорів – червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього та фіолетового. Ці кольори мають різну довжину хвилі, і крапля заломлює кожну хвилю різною мірою, коли сонячний промінь проходить через неї. Таким чином, хвилі різної довжини і, значить, кольори виходять з краплі вже в напрямках, що злегка відрізняються. Те, що спочатку було єдиним пучком променів, тепер розсипалося на свої природні кольори, кожен із яких подорожує своїм шляхом.
Кольорові промені, ударившись об внутрішню стінку краплі і ще більше зігнувшись, навіть можуть вийти назовні через той самий бік, що й увійшли. І в результаті ви бачите, як веселка розсипала по небу свої кольори дугою.
Кожна крапля відбиває всі кольори. Але з вашого фіксованого становища землі ви сприймаєте лише певні кольору від певних крапель. Найбільш чітко краплі відображають червоний і помаранчевий кольори, тому вони доходять до ваших очей від найвищих крапель. Блакитний та фіолетовий відбиваються гірше, тому їх ви бачите від крапель, розташованих трохи нижче. Жовтий та зелений відбивають краплі, що знаходяться посередині. Складіть всі кольори разом - і ви отримаєте веселку.
5.4.3.СХЕМА ОСВІТИ РАДУГИ
1) сферична ,
2) внутрішнє,
3) первинна веселка,
4) ,
5) вторинна веселка,
6) вхідний промінь світла,
7) хід променів при формуванні первинної веселки,
8) хід променів при формуванні вторинної веселки,
9) спостерігач, 10-12) область формування веселки.
Найчастіше спостерігаєтьсяпервинна веселка , при якій світло зазнає одного внутрішнього відображення. Хід променів показаний малюнку праворуч вгорі. У первинній веселці знаходиться зовні дуги, її кутовий становить 40-42 °.
ПОЯСНЕННЯ З ТОЧКИ ЗОРУ ФІЗИКИ
Спостереження над веселкою показали, що кут, утворений двома лініями, подумки проведеними з очей спостерігача до центру дуги веселки та до її кола, або кутовий радіус веселки, є величина приблизно постійна і рівна для першої веселки близько 41 °, для другої 52 °. Елементарне пояснення явища веселки дано було ще 1611 р. А. де-Доміні у його творі "De Radiis Visus et Lucis", розвинене потім Декартом ("Les météores", 1637) і цілком розроблено Ньютоном у його "Оптиці" (1750) . Відповідно до цього пояснення явище веселки відбувається внаслідок заломлення та повного внутрішнього відображення сонячних променів у краплях дощу. Якщо на кульову краплю рідини впаде промінь SA, то він (фіг. 1), зазнавши заломлення у напрямку АВ, може відбитися від задньої поверхні краплі у напрямку ВС і вийти, знову переломившись, у напрямку CD.
Промінь, який інакше впав на краплю, може, однак, у точці С (фіг. 2) вдруге відбитися по CD і вийти, переломившись, у напрямку DE.
Якщо на краплю впаде не один промінь, але цілий пучок паралельних променів, то, як доводиться в оптиці, всі промені, що зазнали одне внутрішнє відображення в краплі води, вийдуть з краплі у вигляді конуса променів, що розходиться (фіг. 3), вісь якого розташована по напрямку падаючих променів Насправді пучок променів, що виходять з краплі, не представляє правильного конуса, і навіть всі складові його промені не перетинаються в одній точці, тільки для простоти на наступних кресленнях ці пучки прийняті за правильні конуси з вершиною в центрі краплі
Кут отвору конуса залежить від коефіцієнта заломлення (див. Діоптрика) рідини, а так як коефіцієнт заломлення для променів різного кольору (різної довжини хвилі), що становлять білий сонячний промінь, неоднаковий, то і кут отвору конуса буде різним для променів різного кольору, саме для фіолетових буде менше, ніж для червоних. Внаслідок цього конус буде облямований кольоровим райдужним краєм, червоним ззовні, фіолетовим усередині, причому, якщо крапля водяна, то половина кутового отвору конусаSOR для червоного кольору буде близько 42°, для фіолетового (SOV ) 40,5 °. Дослідження розподілу світла всередині конуса показує, що майже весь світ зосереджений у цій кольоровій облямівці конуса і надзвичайно слабкий у центральних частинах його; таким чином ми можемо розглядати лише яскраву кольорову оболонку конуса, тому що всі внутрішні промені його дуже слабкі, щоб сприйняти зором.
Подібне ж дослідження променів, що двічі відбилися в краплі води, покаже нам, що вони вийдуть такою ж конічною райдужною оболонкою.V"R" (фіг. 3), але червоною з внутрішнього краю, фіолетової із зовнішнього, причому для водяної краплі половина кутового отвору другого конуса дорівнюватиме 50° для червоного (SOR" ) та 54° для фіолетового краю (SOV ) .
Уявімо тепер, що спостерігач, око якого знаходиться в точціПро (Фіг. 4), дивиться на ряд вертикальних дощових крапельА, В , З, D, E... , освітлених паралельними сонячними променями, що йдуть у напрямкуSA, SB, SC і т.д.; нехай всі ці краплі розташовані в площині, що проходить через око спостерігача та сонце; кожна така крапля, за попереднім, випромінюватиме дві конічні світлові оболонки, загальною віссю яких буде сонячний промінь, що падає на краплину.
Нехай крапляВ розташована так, що один із променів, що утворюють внутрішню оболонку першого (внутрішнього) конуса, при продовженні пройде через око спостерігача; тоді спостерігач побачить уВ фіолетову точку. Дещо вище крапліВ буде розташована така крапля С, що промінь, що йде від зовнішньої поверхні оболонки першого конуса, потрапить у око і дасть у ньому враження червоної точкиЗ ; краплі, проміжні міжВ іЗ, дадуть у вічі враження точок синіх, зелених, жовтих і помаранчевих. У сумі – око побачить у цій площині вертикальну райдужну лінію з фіолетовим кінцем унизу та червоним нагорі; якщо проведемо черезПро та сонце лініюSO, то кут, що утворюється нею з лінієюОВ , буде дорівнює півотвору першого конуса для фіолетових променів, тобто 40,5°, а кутКІС дорівнюватиме півотвору першого конуса для червоних променів, тобто 42°. Якщо повертати кутКОВ навколоOK, тоОВ опише конічну поверхню і кожна крапля, що лежить на колі перетину цієї поверхні з дощовою пеленою, дасть враження світлої фіолетової точки, а всі крапки разом дадуть фіолетову дугу кола з центром.До ; так само утворюється червона і проміжні дуги, і в сумі очей отримає враження світлої райдужної дуги, фіолетової всередині, червоної ззовні -першої веселки.
Приклавши ті ж міркування до другої зовнішньої світлової конічної оболонки, що випромінюється краплями та утвореною сонячними променями, двічі в краплі відбитими, отримаємо ширшудругу концентричнувеселку з кутомЩЕ, рівним для внутрішнього червоного краю – 50°, а для зовнішнього фіолетового – 54°. Внаслідок дворазового відображення світла у краплях, що дають цю другу веселку, вона буде значно менш яскравою, ніж перша. КрапліD, лежать міжЗ іЕ, зовсім не випромінюють світла в око, і тому простір між двома веселками здаватиметься темним; від крапель, що лежать нижчеВ і вищеЕ, в око потраплять білі промені, що виходять із центральних частин конусів і тому дуже слабкі; це пояснює, чому простір під першою та над другою веселкою здається нам слабо освітленим.
ВИСНОВОК:Елементарна теорія веселки очевидно вказує, що різні спостерігачі бачать веселки, утворені різними краплями дощу, тобто різні веселки, і що відбиття веселки, що здається, є та веселка, яку бачив би спостерігач, поміщений під відображає поверхнею на такій відстані від неї вниз, на яким він перебуває над нею. Ексцентричні веселки, що спостерігалися в рідкісних випадках, особливо на морі, що перетинаються, пояснюються відображенням світла від водної поверхні за спиною спостерігача і появою, таким чином, двох джерел світла (сонця і відображення його), що дають кожен свою веселку.- Не сприймає). Тому місячна веселка виглядає білястою; але що яскравіше світло, то «цвітніше» буде веселка, т.к. у людини яскраве світло включає сприйняття колірних рецепторів.
Центр кола, яке описує веселка, завжди лежить на прямій, що проходить через Місяць і очей спостерігача, тобто одночасно бачити сонце і веселку без використання дзеркал неможливо. Для спостерігача на землі вона зазвичай виглядає, як частина кола, чим вище точка зору, тим веселка повніша - з гори або літака можна побачити і цілу .
Звичайною спостерігається проста веселка-дуга, але за певних обставин можна побачити подвійну веселку, а з літака - перевернуту або навіть кільцеву.
Кільцева веселка 10 липня 2005
веселка в лісі веселка з борту літака
веселка у хмарах веселка над морем
Ми звикли спостерігати веселку як дугу. Насправді ця дуга є лише частиною різнокольорового кола. Цілком це природне явище можна спостерігати лише на великій висоті, наприклад, з борту літака.
Існує така група оптичних явищ, яка називається гало. Вони викликані заломленням світлових променів крихітними кристаликами льоду в перистих хмарах та туманах. Найчастіше гало утворюються навколо Сонця чи Місяця. Ось приклад такого явища – сферична веселка навколо Сонця:Ірисова нагадує сектора веселки
Веселка також фігурує у багатьох народних прикметахпов'язані з прогнозом погоди. Наприклад, веселка висока і крута віщує гарну погоду, а низька і полога - погану.
8.ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА