Тема: «Почему закат красный…»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кисловская СОШ» Томского района

Исследовательская работа

Тема: «Почему закат красный…»

(Дисперсия света)

Работу выполнила: ,

ученица 5А класса

Руководитель;

,

учитель химии

Содержание

1.   Введение ………………………………………………… 3 

2.  Основная часть…………………………………………… 4

3.  Что такое свет…………………………………………….. 4

4.  Теория дисперсии света………………………………….. 5

5.  Спектр света……………………………………………… 5

6.  Почему небо голубое?........................................................ 6

7.  Почему восход и закат красные?........................................ 6

8.  Восприятие цвета………………………………………. 8

9.  Необычные явления………………………………………. 9

10.  Наблюдение смешивания различных цветов…………… 10

11.  Заключение……………………………………………….. 12

12.  Список литературы……………………………………… 13

13.  Приложение

1.  Введение

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

«Интересно, - подумала я, - почему небо голубое днем, а на закате красное?»

Тема исследования: Почему закат красный?

Цель исследования: выяснить, почему небо окрашивается в красный цвет?

Задачи исследования:

1.  Изучить  литературу по теории света.

2.  Выяснить в чем состоит особенность прохождения света через атмосферу.

3.  Объяснить причины, почему небо красное при закате.

4.  Провести опыт для обнаружения  солнечного спектра.

Объект исследования – научно-популярная литература.

Предмет изучения – закат и небо.

Гипотезы исследования:

- у солнца есть лучи, которые окрашивают небо в разные цвета;

-красный цвет можно получить в лабораторных условиях.

Актуальность моей темы заключается в том, что она будет интересна и полезна для слушателей потому, что очень многие люди, смотрят на ясное голубое небо, любуются им, и немногие знают, почему же оно такое голубое, днем, а на закате красное и что придает ему такой цвет.

2. Основная часть

На первый взгляд, этот вопрос кажется простым, но на самом деле он затрагивает глубокие аспекты преломления света в атмосфере. Прежде чем понять ответ на этот вопрос, необходимо иметь представление о том, что такое свет.

Что такое свет?

Солнечный свет — это энергия. Тепло солнечных лучей, сфокусированных линзой, превращается в огонь. Свет и тепло отражаются белыми поверхностями и поглощаются черными. Вот почему белая одежда холоднее черной.

Какова же природа света? Первым, кто попытался серьезно заняться изучением света, был Исаак Ньютон. Он считал, что свет состоит из частиц корпускул, которые наподобие пуль выстреливаются источником света. Но некоторые характеристики света не могли быть объяснимы этой теорией.

Другой ученый, Гюйгенс, предложил другое объяснение природы света. Он разработал «волновую» теорию света. Он считал, что свет образует импульсы, или волны, наподобие того, как камень, брошенный в пруд, создает волны.

Каких взглядов сегодня придерживаются ученые на происхождение света? В настоящее время считается, что световые волны имеют характерные особенности и частиц и волн одновременно. Проводятся опыты, подтверждающие обе теории.

Свет состоит из фотонов – невесомых частиц, не обладающих массой, путешествующих со скоростью около 300 000 км/с и обладающих волновыми свойствами. Частота волновых колебаний света определяет его цвет. Кроме того, чем выше частота колебаний, тем короче длина волны. Каждый цвет обладает своей частотой колебаний и длиной волны. Белый солнечный свет состоит из многих цветов, которые можно увидеть, преломив его через стеклянную призму.

1.  Призма разлагает свет.

2.  Белый свет – сложный.

Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы.

Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется в лабораториях до сих пор.

dispersio (лат.) – рассеяние, развеивание - дисперсия

Ньютона по дисперсии.

Явление дисперсии света первым начал изучать И. Ньютон и считается одной из важнейших его научных заслуг. Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году и украшенном фигурами юношей, которые держат в руках эмблемы его главнейших открытий, одна фигура держит призму, а в надписи на памятнике есть слова: «Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал». Последнее утверждение не совсем точно. Дисперсия была известна и ранее, но обстоятельно она не изучалась. Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Исследуя окрашенные при преломлении края, Ньютон сделал свои открытия в области оптики.

Спектр видимого излучения

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:

Цвет	Диапазон длин волн, нм	Диапазон частот, ТГц	Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый	380—440	790—680	2,82—3,26
Синий	440—485	680—620	2,56—2,82
Голубой	485—500	620—600	2,48—2,56
Зелёный	500—565	600—530	2,19—2,48
Жёлтый	565—590	530—510	2,10—2,19
Оранжевый	590—625	510—480	1,98—2,10
Красный	625—740	480—405	1,68—1,98

С каждым “цветом” в спектре надо сопоставлять световую волну определенной длины

Простейшее представление о спектре можно получить, глядя на радугу. Белый свет, преломляясь в капельках воды, образует радугу, так как он состоит из множества лучей всех цветов, а те преломляются по-разному: красные - слабее всего, синие и фиолетовые - сильнее всего. Астрономы исследуют спектры Солнца, звезд, планет, комет, так как по спектрам можно многое узнать.

Почему небо голубое?

Основными составляющими атмосферы Земли являются два бесцветных газа: кислород и азот. Свет красного и голубого цвета по-разному взаимодействуют с кислородом. Так как длина волны голубого цвета примерно соответствует размеру атома кислорода и из-за этого голубой свет рассеивается кислородом в разные стороны, тогда как красный свет спокойно проходит сквозь атмосферный слой. На самом деле, еще больше рассеивается в атмосфере фиолетовый свет, однако человеческий глаз менее восприимчив к нему, чем к голубому свету. В итоге, получается то, что глаз человека со всех сторон улавливает рассеянный кислородом голубой свет, отчего небо нам кажется голубым.

Без атмосферы на Земле Солнце бы нам представлялось яркой белой звездой, а небо было бы черным.

Почему восход и закат красные?

Во время восхода и заката Солнце находится низко над уровнем горизонта, свет падает не прямо сверху, а уже под большим углом и поэтому, прежде чем достигнуть наших глаз, должен пройти значительно больший слой атмосферы, чем днем. Рассеянный кислородом голубой свет (да и не только голубой) уже не способен пробиться через такой толстый слой атмосферы, а вот красный свет, не встречая преград, проходит напрямую. Все небо не становится красным потому, что при прохождении сквозь атмосферу красного света не наблюдается такого эффекта рассеивания, как в случае с голубым светом. Однако области неба вокруг солнца могут принимать красноватый, оранжевый или розовый оттенок из-за содержащихся в атмосфере пыли и молекул воды, которые обладают возможностью несколько рассеивать красный свет.

Свет - это всего лишь различаемый человеческим глазом участок в довольно узком диапазоне спектра электромагнитных волн. В этом диапазоне граничные позиции занимают красный и фиолетовый цвета, постепенно переходя с увеличением длины волны излучения в так называемые инфракрасное и ультрафиолетовое излучения соответственно.
Благодаря низкой способности к рассеянию в атмосфере, красный цвет применяется в качестве сигнального цвета на объектах, различение которых важно в условиях недостаточной видимости. Это сигнальные огни, размещаемые на высотных объектах, на наружной части бортов самолетов. Соответственно, цвета, обладающие высокой способностью к рассеянию в атмосфере, применяются для светомаскировки. Чаще всего это синий и фиолетовый цвета.

Подробнее о цветах заката. Именно по причине плохой способности к рассеянию красного света солнце на закате переливается всеми оттенками этого цвета. И причина народной приметы, говорящей о предстоящем ненастном дне, которому предшествует алый закат, вполне объяснима. Попробуем рассуждать логически.
В момент, когда солнце находится у горизонта, его лучам на пути к нашему глазу приходится проходить слой атмосферы гораздо толще обычного. В обычных условиях цвет солнца при взгляде на него кажется ослепительно-белым. Проходя через толстый слой атмосферы, цвета, за исключением всех оттенков красного, сильно рассеиваются или поглощаются атмосферой.
Соответственно, можно говорить о том, что солнце на горизонте будет тем краснее, чем толще слой атмосферы лежит между ним и нашим глазом, либо чем беспокойнее и, соответственно, запыленнее будет этот самый слой атмосферы. Наши предположения оказываются верными. Чем ближе солнце к горизонту, тем толще слой атмосферы, через который к нам стремится его свет, и тем, соответственно, краснее его оттенки. Верно также и следующее утверждение: чем багровее закат, тем ненастнее и ветренее окажется следующий день.
Дальнейшие логические рассуждения помогут нам понять, чем обусловлен голубой цвет неба. Голубой (то же, что и синий) цвет лежит в спектре между зеленым и фиолетовым. Все они обладают способностью к рассеянию в атмосфере. Рассеяние какого-либо цвета в определенной среде приводит к окрашиванию среды в этот цвет.

Воздух прозрачен и бесцветен, но в мощной толще атмосферы в ясный день он голубого цвета, так как солнечные лучи рассеиваются в воздухе. Свет, или солнечные лучи, — это распространяющиеся электромагнитные волны. Фиолетовые, синие и голубые - лучи с короткой длиной волны. В ясный день они интенсивно рассеиваются молекулами воздуха и становятся доступными глазу, а у лучей красного и жёлтого цветов длина волны почти вдвое больше, поэтому рассеиваются они молекулами воздуха значительно меньше. В облаках и тумане содержится много различных примесей, капелек воды, кристалликов льда, здесь лучи всех длин волн рассеиваются одинаково сильно, поэтому облака и туман белого цвета. На закате небо часто окрашивается в красные и жёлтые цвета. Это происходит потому, что вечером Солнце стоит низко над горизонтом и солнечные лучи проходят очень длинный путь в атмосфере. Они активно рассеиваются, теперь нашему взгляду становятся доступны красные и жёлтые лучи

Разные цвета неба.

Небо не всегда бывает голубого цвета. Например, ночью, когда солнце не посылает лучи, мы видим небо не голубым, атмосфера кажется прозрачной. И сквозь прозрачный воздух, человек может видеть планеты, звезды. А днем голубой цвет снова прячет от наших глаз космические тела.

Цвет неба бывает красным – на закате, в пасмурную погоду белым или серым.

Восприятие цвета

Восприятие цвета человеком связано с большими эмоциями. Наиболее благоприятное влияние оказывают зеленый и желтые цвета: они обостряют зрение, ускоряют реакции, обостряют слух. Зеленый цвет помогает быстро снять болевые ощущения. Красный цвет возбуждает, это цвет подъема, победы. Длительное действие красного цвета создает усталость.

Спектральный цвет	Восприятие цвета
Красный	возбуждающий, согревающий, активный, энергичный, проникающий, тепловой, активизирует все функции организма; на короткое время увеличивает мускульное напряжение, повышает кровяное давление, ускоряет ритм дыхания. Большое количество красного цвета утомляет.
Оранжевый	тонизирующий; действует в том же направлении, что и красный, но слабее; укрепляет волю, освобождает от чувства подавленности; ускоряет пульсацию крови, улучшает пищеварение.
Жёлтый	тонизирующий, физиологически оптимальный, наименее утомляющий; стимулирует зрение и нервную деятельность, длительное созерцание желтого цвета может привести к немотивированному раздражению.
Зелёный	самый привычный для органа зрения – физиологически оптимальный. Зеленый цвет оказывает освежающее и одновременно успокаивающее действие на организм, уменьшает кровяное давление и расширяет капилляры; успокаивает и облегчает невралгии и мигрени; на продолжительное время повышает двигательно-мускульную работоспособность.
Голубой	успокаивающий; снижает мускульное напряжение и кровяное давление, успокаивает пульс и замедляет ритм дыхания, освежает, настраивает на терпение, снижает аппетит, успокаивает боль, обладает жаропонижающим антисептическим действием, помогает при бессоннице, нервных расстройствах.
Синий	успокаивающее действие переходит в угнетающее; способствует затормаживанию функций физиологических систем человека, способен снижать чувство голода. Длительное воздействие синего может вогнать в депрессию.
Фиолетовый	соединяет эффект красного и синего цветов; производит угнетающее действие на нервную систему.

Необычные явления

Радуга.

Образование радуги с физической точки зрения

После дождя пока маленькие капельки воды еще удерживаются потоками воздуха, лучи солнца проходят сквозь них, преломляются, отражаются и возвращаются к нам под углом 42 градуса. Когда солнечные лучи проходят сквозь капли, свет разлагается на цвета спектра от красного до фиолетового.

Последовательность цветов в радуге такая же, как в солнечном спектре: по наружному краю располагается красный цвет, по внутреннему - фиолетовый.

Радуга – разноцветная дугообразная полоса на небесном своде,

образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

(Толковый словарь русского языка )

Радуга - оптическое явление в атмосфере, наблюдаемое при дожде,

когда лучи солнца преломляются через пелену дождевых капель; на небосклоне появляется окрашенная в цвета спектра дуга, причем наружная сторона - в красный, а внутренняя - в фиолетовый цвет.
(По данным Малого Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона) http://slovari. yandex. ru/art. xml?

Полярные  сияния  С древнейших времен люди восхищались величественной картиной полярных сияний и задавались вопросом об их происхождении. Одно из наиболее ранних упоминаний о полярных сияниях встречается у Аристотеля. В его "Метеорологике", написанной 2300 лет назад, можно прочитать: "Иногда в ясные ночи наблюдается на небе множество явлений  - зияния, провалы, кроваво-красная окраска...

Кажется, будто полыхает пламя".

Что зыблет ясный ночью луч?

Что тонкий пламень в твердь разит?

Как молния без грозных туч

Стремится от земли в зенит?

Как может быть, чтоб мерзлый шар

Среди зимы рожал пожар?

Что такое полярное сияние? Как оно образуется?

Ответ. Полярное сияние - это люминесцентное свечение, возникающее в результате взаимодействия летящих от Солнца заряженных частиц (электронов и протонов) с атомами и молекулами земной атмосферы. Появление же этих заряженных частиц в определенных районах атмосферы и на определенных высотах есть результат взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли.

Выводы

Итак, проведя своё исследование, я могу сделать следующие выводы:

1.  Весь секрет в цвете неба в нашей атмосфере – в воздушной оболочке планеты Земля.

2.  Луч солнца, проходя через атмосферу, распадается на лучи семи цветов.

3.  Белый свет имеет сложную структуру и состоит из 7 цветов.

4.  Призма, как и капельки дождя, не окрашивает, а именно разлагает белый свет на составные части.

5.  Красные и оранжевые лучи – самые длинные, а голубые – самые короткие.

6.  Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других – красные.

7.  Скорость красного света больше скорости фиолетового, скорость лучей в веществе зависит от их света.

8.  Дисперсия света – это зависимость показателя преломления от частоты световой волны

9.  Восприятие света человеком связано с большими эмоциями. Наиболее благоприятное влияние оказывают зеленый и желтые цвета: они обостряют зрение, ускоряют реакции, обостряют слух. Зеленый цвет помогает быстро снять болевые ощущения. Красный цвет возбуждает, это цвет подъема, победы. Длительное действие красного цвета создает усталость.

10.  Главное, что теперь я знаю, почему небо окрашено в красный цвет на закате. Частично подтвердилась моя гипотеза, у солнца есть лучи, которые окрашивают небо в такой цвет.

11.  Изучая выбранную мной тему, я научилась работать с литературными источниками, собирать информацию, анализировать полученные данные.

3.Заключение

В своей исследовательской работе я узнала - Почему закат красный?

На первый взгляд мой вопрос казался простым. Но уже в начале исследования я поняла, что это не так.

Весь секрет оказался в нашей атмосфере. Солнечные лучи должны пройти через огромный слой воздуха, прежде чем попасть на землю. Человеческим глазом цвет солнца в зените воспринимается как белый. На самом деле спектр солнечного света состоит из семи основных цветов (цвета спектра) и их оттеков. Любой цвет представляет собой электромагнитную волну заданной длины, воспринимаемую человеческим глазом. На качество спектрального рассеяния будет влиять толщина слоя атмосферного воздуха, находящаяся между глазами и объектом излучающим свет (солнцем). Воздух наполнен невидимыми глазу аэрозольными рассеяниями пыли и влаги, вот они-то и являются основной причиной разложения солнечного цвета (дисперсии). В положении зенита падение солнечного луча на аэрозольные составляющие воздуха происходит почти под прямым углом, слой их между глазами наблюдателя и солнцем незначителен. Чем ниже солнце опускается к линии горизонта, тем больше увеличивается толщина слоя атмосферного воздуха и количество аэрозольной взвеси в нем. Солнечные лучи, относительно наблюдателя, изменяют угол падения на частички взвеси, тогда и наблюдается дисперсия солнечного света. Итак, как говорилось выше, солнечный свет складывается из семи основных цветов. Каждый цвет, как электромагнитная волна, имеет свою длину и способность к рассеянию в атмосфере. Основные цвета спектра располагаются в шкале по порядку, от красного до фиолетового. Наименьшей способностью к рассеянию (следовательно, поглощению) в атмосфере обладает красный цвет. При явлении дисперсии все цвета, которые в шкале идут за красным, рассеиваются составляющими аэрозольной взвеси и поглощаются ими. Наблюдателю виден только красный цвет. Значит, чем толще слой атмосферного воздуха, чем выше плотность взвеси, тем больше лучей спектра будут рассеяны и поглощены. Известное природное явление: после мощного извержения вулкана Кракатау в 1883 году, в разных местах планеты, в течение нескольких лет, наблюдались необычайно яркие, красные закаты. Это объясняется мощным выбросом вулканической пыли в атмосферу при извержении.

Думаю, что на этом моё исследование не закончится. У меня ещё есть вопросы. Хочу узнать:

- что происходит при прохождении лучей света через различные жидкости, растворы;

- как происходит отражение и поглощение света.

Выполнив эту работу, я убедилась, как много удивительного и полезного для практической деятельности может заключаться в явлении преломлении света. Именно оно позволило мне понять, почему закат красный.

Литература

1.  , , Физика. Химия. 5-6 кл. Учебник. М.: Дрофа, 2009, стр.106

2.  Булат явления в природе. М.: Просвещение, 1974г., 143 с.

3.  «Кто творит радугу?» – Квант 1988г.,  № 6, стр.46.

4.  Лекции по оптике. Тарасов в природе. – М.: Просвещение, 1988г

Интернет ресурсы:

1.  http://potomy. ru/ Почему цвет у неба голубой?

2.  http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Почему небо голубое?

3.  http://expirience. ru/category/obrazovanie/