Радуга зимой и летом

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Заиграевское РУО

МОУ Заиграевская средняя общеобразовательная школа

Работу выполнил:

Жарникова Лада

ученица 11 «а» класса

Руководитель:

Буянтуева Лариса Ивановна

2010г

п. Заиграево

Оглавление

      I Введение ………..…..…………………….…………………………….……....2

I. 1) актуальность темы………….…….…………..……………………..….2

I. 2) постановка проблемы……….…….……………..………………......…2

I. 3) цели и задачи работы………....….….…………..…………….….….…2

I. 4) методы исследования……….........……………………..…….…….….2

II Основная часть......................................................................................................3

II. 1) история и теория исследуемого вопроса............................................3

II. 2) проведение научного исследования и его итоги…………….…..…4

          Физика радуги………….……………..………………………..……..4

Первичная и вторичная радуги............................................................4

                    Как влияют размер и форма капель на вид радуги……………...…5

Эксперименты ………………………………………………………..5

         Зимняя радуга…………………………………………………………5

         «Лунная радуга»…………....…………………………………………6

III Заключение………………….………………………..………………………....7

IV Список используемой литературы и источников……………...…………..…8

V Список приложений…………………………….……….…..…………………..9

1

I Введение

1. актуальность темы

…Отшумел летний дождь,  воздух стал чист и прозрачен, на деревьях заблестели  капли дождя, а на небе появилась радуга… Радуга после дождя – привычное  явление, не вызывающее у людей удивления. Но, видели ли вы когда-нибудь радугу зимой?  Думаю, многие затруднились бы ответить на этот вопрос, потому что это очень редкое явление. Итак, тема моего доклада: «Радуга зимой и летом».

9 января 2010 года жители города Улан-Удэ могли наблюдать весьма необычное явление. На небе, прямо над головой висела «перевернутая» радуга, а вокруг солнца была светящаяся окружность с двумя гало. И я это видела и заинтересовалась данным вопросом и решила выяснить, как и почему это происходит. (Приложение №11)

2. постановка проблемы

В научной литературе я не встретила описания этого явления. Имеются описания возникновения радуги, но нет упоминаний о том, что зимой, когда нет дождя, радуга тоже может быть. В связи с этим и возникает проблема недостаточного количества  информации в научной литературе, посвященной конкретно этой теме.

В Интернете нашла несколько форумов с обсуждением данной темы (Приложения №7-10)

3. Цели и задачи

Цель моего проекта собрать и систематизировать всю имеющуюся информацию о радуге зимой, а также убедиться в природе радуги экспериментально.

Задачи проекта:

1. собрать научную литературу с упоминаниями о  радуге
2. изучить полученную информацию
3. выявить общее
4. привести полученные данные в систему
5. провести эксперимент
6. выступить на конференции, с целью обратить внимание на проблему. 

4. Методы исследования

Сбор материала из научной литературы, опрос, поиск информации в сети Интернет, эксперимент, наблюдение, обобщение полученной информации.

2

II Основная часть

1. история и теория  исследуемого вопроса

С древних времен людей интересовало появление радужных дуг. Наши предки считали, что радуга подобна драгоценному убору, в который наряжаются божества небес.  Разгадкой этого чуда природы занимались во все времена. (Приложение №4)

 Древние народы сравнивали радугу с боевым луком Индры и Перуна, из которого боги-громовержцы пускали свои молниеносные стрелы.
     Радуга – это сложное славянское слово (Ра-дуга), где «Ра» – имя бога Солнца. «Ра» состоит в родстве с санскритским коренным звуком «р», обозначающим быстрое движение: света, воды, полёта птицы, коня… У русских и римских крестьян было поверие, что радуга пьёт воду из земных морей, озёр, рек, колодцев. Харьковские крестьяне считали, что радуга есть труба, которая своей верхней частью касается неба, а нижними концами опущена на Землю, подобно насосу. Люди видели некоторое сходство радуги со смерчем – вращающимся змеем, который вытягивает земную воду своим извивающимся хоботом. (приложение №5)

Первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена был персидский астроном en:Qutb al-Din al-Shirazi (1236–1311), а возможно, и его ученик en:Kamal al-din al-Farisi (1260–1320).

Общая физическая картина радуги была описана 1611 году Марком Антонием де Доминисом. На основании опытных наблюдений он пришёл 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. Но его  объяснение  радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и  приговорен  к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни,  но  его тело и   рукописи были сожжены. Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге». Декарт объяснил радугу на основании  законов  преломления  и  отражения  солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была  открыта  дисперсия— разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому  радуга  Декарта была белой. (X. Нуссенцвейг, Теория радуги, «Успехи физических наук», т.125, вып.7, 1978.)

Спустя 30 лет  Исаак  Ньютон,  открывший  дисперсию  белого  света  при преломлении, дополнил теорию Декарта,  объяснив,  как  преломляются  цветные лучи в  каплях  дождя.  По  образному  выражению  американского  ученого  А.Фразера, сделавшего ряд интересных исследований радуги  уже  в  наше  время, „Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а  Ньютон  расцветил  ее всеми красками спектра".

    Несмотря на то, что теория радуги Декарта — Ньютона  создана  более  300 лет назад, она правильно объясняет основные  особенности  радуги:  положение главных дуг, их угловые размеры, расположение  цветов  в  радугах  различных порядков.

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, во многих странах в нём выделяют 7 цветов (однако, например, в Японии — 6). Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение (по пифагорейским, богословским или нумерологическим соображениям). Причём первоначально он различал только пять цветов — красный, жёлтый, зелёный, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике».

3

Но впоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра ещё два.    (http://ru.wikipedia.org/wiki/Радуга)

2. Проведение научного исследования и его итоги

Я решила опросить знакомых, кто видел радугу в зимнее время. Большинство отнеслись скептически, посчитав мой вопрос неадекватным. Тем неменее были и те, кто утверждал, что видели. (Приложение №3)

Физика радуги

В википедии я нашла описание физики радуги:  «Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды дождя или тумана, парящих в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр.»    (http://ru.wikipedia.org/wiki/Радуга)  (М. Миннарт «Свет и цвет в природе»)  (Приложение №1)     

Следует отметить, что к перечисленным видам агрегатного состояния воды нужно добавить еще и кристаллики льда.

Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40–42°.

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50–53°.
Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более тёмный оттенок. Также возможно наблюдение радуги и более высоких порядков, но уже, преимущественно, в лабораторных условиях.  (Тарасов Л.В. «Физика в природе», М.- 1989.)  (Приложение №2)

Радуга представляет собой каустику, возникающую при преломлении и отражения (внутри капли) плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке   (ПРИЛОЖЕНИЕ №1)   (для монохромного пучка), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем (и этот максимум весьма «острый», то есть большинство преломленного с отражением в капле света выходит практически точно под одним и тем же углом). ( Зверева В.Л. «Солнечный свет в атмосфере», М.-1988.)

Дело в том, что угол, под которым уходит из капли отраженный и преломленный в ней луч, немонотонно зависит от расстояния от падающего (первоначального) луча до оси, параллельной ему и проходящей через центр капли (эта зависимость довольно проста, и ее нетрудно явно вычислить), и зависимость эта имеет гладкий экстремум. Поэтому «количество лучей», выходящих из капли с углами, близкими к экстремальному значению угла, — «гораздо больше», чем остальных.

4

При этом угле (который немного различается для разных показателей преломления для лучей разного цвета) и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу («яркие» лучи от разных капель образует конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и Солнце).

Для одного отражения внутри капли такой угол имеет одно значение, для двух — другое, и т. д. Этому соответствует первичная, вторичная и т. д. радуга. Первичная — самая яркая, она уносит из капли большинство света. Радугу большого порядка обычно не удается увидеть, так как она очень слаба.

Размер и форма капель влияют на вид радуги. Если капли дождя крупные, то радуга, образованная ими будет узкой и яркой, а чем меньше капли, тем радуга, соответственно, шире и бледнее. Вид радуги зависит и от формы капель. При  падении  в  воздухе  крупные капли сплющиваются, теряют свою  сферичность.  Вертикальное  сечение  таких капель приближается к эллипсу. Таким образом, чем сильнее сплющивание капель,  тем меньше радиус образуемой ими радуги.  (Суорд, Клиффорд «Необыкновенная физика обыкновенных явлений»)

Эксперименты

Теперь, зная теорию физики происхождения радужных дуг, я решила провести эксперимент с целью получить радугу в домашних условиях. Чтобы создать факторы, как в природе для возникновения радуги я воспользовалась пульверизатором. Эксперимент проводился на открытом воздухе, при ярком солнце. Распылив в воздухе воду, я увидела радужную дугу. Эксперимент оправдал себя. Так я убедилась в том, что радуга создается благодаря облаку водяных капель.

Чтобы убедиться в том, что разложение света на спектр цветов происходит в результате преломления луча в капле, я провела следующий эксперимент: наполненную водой круглую колбу осветила параллельным лучом света из маленького отверстия в экране, в результате чего луч преломился в  искусственной «гигантской» капле и разложился в виде радуги на экране.    (http://optika8.narod.ru/Cto-to_interesnoe.htm)

Зимняя РАДУГА

Для зимней радуги нужны три составляющие: крепкий мороз, высокая влажность и яркое солнце. Cовпадают эти условия крайне редко и обязательно при смене погоды, например перед приближением бурана. Чаще всего она бывает в холодную и ясную погоду. Преломление солнечных лучей в ледяных каплях дает подобный эффект. То есть зимой в воздухе плавают кристаллики льда. Они тоже могут разделить белый свет на 7 цветов.  (Приложение №11)

5

Перевернутая радуга. Этот оптический эффект зимой возникает именно в теплую и влажную погоду. Для перевернутой радуги не нужны ни дождь, ни облака. Вверх тормашками радуга висит только тогда, когда солнце светит под определенным углом сквозь тонкую занавеску облаков на высоте около 7 тысяч метров.

 Полный круг радуги можно видеть только с самолета, с земли можно увидеть только половину круга, когда  Солнце находится на горизонте. (http://fiz.1september.ru/articlef.php?ID=200802007)

Лунная радуга     

« В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от Луны. Лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга.  Появляется при полной Луне, не закрытой облаками и наличии водяных  капель в воздухе». Пишет Сядукова Ольгав в своем докладе «Семь цветов у радуги».                  

Однако википедия объяняет подобный эффект несколько иначе.

«Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов гало, но вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы. Вид наблюдаемого гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отраженный и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу, однако гало в условиях низкой освещённости имеет малую цветность, что связано с особенностями сумеречного зрения». (Приложение №6)

6

III Заключение

Мне удалось провести исследования, полученные данные я отразила в содержании доклада.

Радуга зимой - это не аномалия, а просто счастливое стечение обстоятельств. Природа радуги остается той же самой, что и летом, просто возможностей ее увидеть становится меньше.

Экспериментальным путем, я убедилась в теории радуги.

Радуга – это не только необычайно красивое явление, но и научно-обоснованное оптическое явление.

Смотрите в небо чаще!

7

IV Список используемой литературы и источников

•  Суорд, Клиффорд «Необыкновенная физика обыкновенных явлений»
• Тарасов Л.В. «Физика в природе», М.- 1989.
• Зверева В.Л. «Солнечный свет в атмосфере», М.-1988.
• Новый справочник школьника. 5-11 класс. Универсальное пособие. Т. 2. – Спб.: ИД «ВЕСЬ», 2002. – 704 с., ил.
• X. Нуссенцвейг, Теория радуги, «Успехи физических наук», т.125, вып.7, 1978. 
• М. Миннарт «Свет и цвет в природе»
• Большая школьная энциклопедия. 6-11 кл. Т. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2000. – 717с.
• http://ru.wikipedia.org/wiki/Радуга
• http://fiz.1september.ru/articlef.php?ID=200802007
• http://optika8.narod.ru/Cto-to_interesnoe.htm

8

V список приложений

1. Схема преломления света, cхема образования радуги
2. Вторичная радуга (фото)
3. Опрос респондентов. ( Ответы на вопрос: «Видели когда-нибудь радугу зимой?» )
4. Приметы, связанные с радугой
5. Мифы о радуге, термины, символы
6. Гало – википедия

Обсуждения на форумах в Интернете:

7. Что за явление - Общая Астрономическая Конференция
8. ПОЛИТ.РУ _ АВТОР _ Радуга зимой — хорошая примета (www.polit.ru.)
9.  Радуга зимой (www.alter.net)
10. Солнечные Затмения « Blog Archive » Бывает ли радуга зимой. Автор: Стрельников Илья. ("Solar Eclipses" powered by Strelnikov Ilia)
11.  Зимняя радуга (фото)

9

Приложение №1

Преломление света при его переходе

в среду с иной оптической плотность:

Ход лучей в сферической капле,

образование первичной радуги:

Схема образования радуги:

1) сферическая капля

2) внутреннее отражение

3) первичная радуга

4) преломление

5) вторичная радуга

6) входящий луч света

7) ход лучей при формировании первичной радуги

8) ход лучей при формировании вторичной радуги

9) наблюдатель

10) область формирования первичной радуги

11) область формирования вторичной радуги

12) облако капелек

Приложение №2

Вторичная радуга

Приложение №3

Рассказ Ухиновой Елены, ученицы ЗСОШ

«…Я тоже недавно видела радугу, когда возвращалась с тренеровки в 6 часов вечера, она появилась на небе…   …  но я не придала этому значения, так как подумала, что это от переутомления»

Н.А. Данжиева?    , учитель русского языка и литературы в ЗСОШ

«Примерно, две недели назад  я видела радугу, на западе небосклона в 11 часов утра; она была небольшая и не очень яркая, но все равно очень красивая по своей необычности»

Ее рассказ подтвердила Грязнова Л.Е., учитель английского языка в ЗСОШ: «Да, это было 17 января».

Петров В.Л., заслуженный учитель РФ:

«Не так давно на зимних праздниках в Улан-Удэ я видел около солнца были 2 гало, как «уши», а прямо над головой была треть от перевернутой радуги. Об этом писали в газетах «Номер 1» и «Информполис». Кстати, в Москве тоже, не так давно была радуга, там сначала шел дождь, потом снег, а потом и радуга»

Болонева Н.Ю., учитель математики ЗСОШ

«Видела, в прошлом году висела прямо над домом, хоть и бледная, но все же радуга».

Приложение №4

Приметы, связанные с появлением радуги

• В старину считали, если радуга высокая и круглая - к осадкам, пологая и низкая - к ненастью. Дым столбом - к морозу. Когда дым без ветра бьет к земле - жди снега.

• Суеверные люди считали, что радуга является плохим предзнаменованием. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.

• А по народным приметам радуга зимой - к морозу или снегу.

• В народе появление зимней радуги всегда считалось хорошей приметой.

• По народным приметам: радуга зимой - к похолоданию

Народный приметы, связанные с гало:

• - После появления быстро движущихся перистых облаков небо покрывается прозрачным (как вуаль) слоем перисто-слоистых облаков. Они обнаруживаются по кругам около Солнца или Луны (признак ухудшения погоды).
  
• - Вокруг Солнца или Луны видно гало (признак ухудшения погоды).
  
• - Зимой - белые венцы большого диаметра вокруг Солнца или Луны, а также столбы около Солнца, или так называемые ложные солнца (признак сохранения морозной погоды).
  
• - Кольцо вокруг Луны - к ветру (ухудшение погоды).

Приложение №5

Мифология радуги

• В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов).
• В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.
• В древнегреческой мифологии — дорога Ириды, посланницы между мирами богов и людей.
• По славянским поверьям, радуга, подобно змею, пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём.
• В мифологии австралийских аборигенов Радужный змей считается покровителем воды, дождя и шаманов.
• Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли.
• По чувашским поверьям, если пройти сквозь радугу, то можно поменять пол.
• 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 (Быт.9:13-15).

«Я полагаю радугу Мою в облаке, чтоб она была знамением завета между Мною и между землею. И будет, когда Я наведу облако на землю, то явится радуга в облаке; и Я вспомню завет Мой, который между Мною и между вами и между всякою душою живою во всякой плоти; и не будет более вода потопом на истребление всякой плоти». (Быт.9:13-15)

Радуга и ассоциированные термины

• Ирис — цветок с богатой гаммой цветов;
• Иридий — металл, цвета соединений которого дают практически полную радугу;
• Радужная оболочка глаза по-латыни — ирис;
• Ирисовая диафрагма напоминает радужную оболочку глаза;
• присутствует в названиях муз. групп (к примеру, Rainbow);

 Радуга как символ

• В XX веке флаг цветов радуги (шестицветной) стал символом гомосексуального движения.
• Семицветная радуга изображена на флаге Еврейской автономной области.
• Корабли всемирной природоохранной организации «Гринпис» носят название «Rainbow Warrior» (англ. Воин Радуги).

Приложение №6

Гало

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Гало́ (от греч. χαλοσ — «круг», «диск»; также а́ура, нимб, орео́л) — оптический феномен, светящееся кольцо вокруг объекта —источника света.

Гало вокруг Луны

Физика явления

Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов гало, но вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы. Вид наблюдаемого гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отраженный и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу, однако гало в условиях низкой освещённости имеет малую цветность, что связано с особенностями сумеречного зрения.

Иногда в морозную погоду гало образуется кристаллами очень близко к земной поверхности. В этом случае кристаллы напоминают сияющие драгоценные камни.

Следует отличать гало от венцов. Последние имеют меньший угловой размер (до 5°) и объясняются дифракционным рассеянием лучей источника света на водяных каплях, образующих облако или туман.

История

В старину разнообразным гало, как и другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение знамений (как правило — дурных, особенно если гало принимало крестообразную форму, которая трактовалась как крест или меч, или появлялись двойники светила), чему известно множество летописных свидетельств [1]. Так в «Слове о полку Игореве» рассказывается, что перед наступлением половцев и пленением Игоря «четыре солнца засияли над русской землей», что было воспринято, как знак надвигающейся большой беды. А в 1551 году после длительной осады войсками императора Карла V немецкого города Магдебурга в небе над городом появилось гало с ложными солнцами. Это вызвало переполох среди осаждавших. Так как гало было воспринято как «небесное знамение» в защиту осаждённых, то Карл V приказал снять осаду города[2].

В те времена, когда метеорологии не существовало, гало и подобные ему оптические явления использовались для предсказания погоды. Например, русские народные приметы говорят, что появление вокруг либо около луны подобных светлых колец, дуг, пятен, столбов — к дождю.

Крупный вклад в изучение и систематизацию гало внёс голландский астроном Марсел Миннарт.

Солнечное гало в городе Фальчёпинг, Швеция

Приложение №7

Приложение №8

Приложение №9

Радуга зимой.

Приложение №10

"Solar Eclipses" powered by Strelnikov Ilia

Бывает ли радуга зимой?

Автор: Стрельников Илья

Оказывается, да, бывает. Сегодня утром выглянул в окно(градусник показывал -22 градуса, это вполне нормальная температура для Новосибирска) и увидел настоящую зимнюю радугу. Пришлось прищюриваться, чтобы разглядеть. Зимой радуга очень яркая, сверкает и слепит. Любительский фотоаппарат с большим диапазоном выдержек позволил запечатлеть это морозное чудо.  Одна из фотографий сделана через специальное устройство, предназначеное для просмотра частных фаз солнечных затмений.

На некоторых, специально недосвеченных фотографиях, Новосибирск кажется сказочным северным городом, где круглый год зима.

ADD. На блогах только что нашёл. “Естественно, в морозную погоду радуга намного бледнее, чем летом, однако ее цвета можно было легко различить. Причины появления радуги просты: в холодное время года солнечные лучи преломляются не в капельках воды, а в ледяных кристаллах.Для зимней радуги нужны три составляющие: крепкий мороз, высокая влажность и яркое солнце. Cовпадают эти условия крайне редко и обязательно при смене погоды, например, перед приближением бурана или понижением температуры.”

P.S. Мир вокруг нас полон разнообразных чудес. В этом блоге я обязательно буду описывать те из них, с которыми я сталкиваюсь сам или те, которые кажутся мне очень интересными.

Приложение №11

Зимние радуги