Исследовательская работа школьника на тему "Оптические явления. Эффект Гало в домашних условиях"

школьная  научно­практическая конференция Полное название темы работы   Оптические   явления.   Эффект   Гало   в   домашних условиях.  Название направления  Физико­математическое   Тип работы    исследовательская работа  Возрастная номинация     6­8 класс  Фамилия имя отчество  (полностью) автора, дата рождения   (ДД.ММ. ГГГГ) Шакирова Дарья Александровна 01.04.2003. Домашний адрес автора поселок  Кедровый  Емельяновский  район  Место учебы  Класс  МБОУ  «СОШ  № 71 п. Кедровый Красноярский край»    7 Б  Место выполнения работы    НОУ МБОУ «СОШ №71 п. Кедровый Красноярского  края»  Руководитель   Кизянова Елена Сергеевна, МБОУ «СОШ №71 п.  Кедровый Красноярского края», учитель химии и  биологии, 89233750965  Научный руководитель   Ответственный за корректуру  текста работы Кизянова Елена Сергеевна, МБОУ «СОШ №71 п.  Кедровый Красноярского края», учитель химии и  биологии  e­mail (обязательно) Контактный телефон   89831639392 1 Шакирова Дарья Емельяновский район,   п.Кедровый,    МБОУ   «СОШ  № 71 п. Кедровый Красноярский  край», 7 класс «Оптические явления. Эффект Гало в домашних условиях» руководитель: Кизянова Елена Сергеевна, учитель химии и биологии Цель научной работы: получить эффект гало в домашних условиях.    Методы проведенных исследований: анализ научной литературы, эксперимент.  Основные результаты научного исследования (научные, практические): исследована  возможность образования природного оптического явления в искусственных условиях.  2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………. 4 I ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………5                   1.1 Представления об оптике………………………………………………………..5 1.2 Науки, занимающиеся изучением световых явлений в атмосфере…………...5 1.3  Оптический феномен…………………………………………………………...5 1.4  Почему возникает такое явление?......................................................................6 1.5 Формы и виды гало……………………………………………………………...6 II  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ  …………………………………………….8 III ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………10 IV ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ……………………………………………….11 3 ВВЕДЕНИЕ Самые известные нам оптические явления это радуга и северное сияние, но есть и те,  которые многие люди, ни разу не видели, например гало. Гало – это световое кольцо вокруг солнца или луны. Гало возникают вследствие преломления и отражения света ледяными  кристаллами образующими перистые облака и туманы. Гало обычно появляется вокруг  Солнца и Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни.  Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5—10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от  формы и расположения кристаллов. Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами  свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу. В тусклом лунном  гало цветов глазом не видно.     В чём актуальность данной работы? Я решила изучить гало потому что – это очень  необычное и красивое явление, которое появляется редко. Мне захотелось попробовать  получить эффект гало в домашних условиях.  Цель работы: Получить эффект гало в домашних условиях.   Задачи: 1  Изучить литературу объясняющую природу и происхождение гало;  2  найти работы ученых, если такие имеются, которые объясняют, как получить     эффект гало исскуственно.  3  создать гало в домашних условиях. гипотеза исследования: эффект гало можно получить распыляя перед источником света  кристаллические вещества Предмет исследования : прохождение светового потока через кристаллы веществ.  Объект исследования: эффект гало. Методы исследования : анализ научной литературы, эксперимент.  4 I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1.1 Представления об оптике Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз  выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании  ими предметов. Тогда под оптикой понимали науку о зрении. Именно такой точный смысл  слова «оптика». В средние века оптика постепенно из науки о зрении превратилась в науку  о свете. Этому способствовало изобретение линз и камеры­обскуры. В современное время  оптика ­ это раздел физики, в котором исследуется испускание света, его распространение  в различных средах и взаимодействие с веществом. Что же касается вопросов, связанных  со зрением, устройство и функционирование глаза, то они выделились в специальное  научное направление, называемое физиологической оптикой. Понятие "оптика", в совремённой науке, имеет многогранное значение. Это и атмосферная  оптика, и молекулярная оптика, и электронная оптика, и нейтронная оптика, и нелинейная  оптика, и голография, и радиооптика, и пикосекундная оптика, и адаптивная оптика, и  многие другие явления и методы научных исследований, тесно связанные с оптическими  явлениями. Большинство из перечисленных видов оптики, как физическое явление, доступны нашему  наблюдению только при использовании специальных технических устройств. Это могут  быть лазерные установки, излучатели рентгеновских лучей, радиотелескопы, плазменные  генераторы и многие другое. Но наиболее доступным и, вместе с тем, наиболее красочным  оптическими явлениями являются атмосферные. Огромные по своим масштабам, они суть ­ порождение взаимодействия света и атмосферы земли. (1) 1.2 Науки, занимающиеся изучением световых явлений в атмосфере Метеорологическая оптика – занимается изучением атмосферных явлений, связанных с погодой (явления цвета неба и его окраски, поляризация небесного свода, явления  миража и неправильного преломления и отражения света в атмосфере, мерцание звезд,  радуга, круги и венцы около светил). ∙  Астрономия – подробно изучает явление рефракции (преломления света в атмосфере). ∙  Атмосферное электричество – занимается изучением атмосферных явлений  электрического происхождения (молния, огни святого Эльма и др.). ∙  Атмосферная оптика – изучает преобразование солнечной энергии и теплового излучения самой атмосферы и подстилающей поверхности. 1.3  Оптический феномен. ἅλως  —круг, диск; а также  аура, нимб, ореол) —оптический феномен, Галоо ­ (от др. греч.  светящееся кольцо вокруг объекта — источника света. Гало – это три солнца, построенных в ряд, из которых два – ложных, а одно настоящее. Это оптический обман – игра солнечных лучей в кристаллах льда высоких слоев атмосферы. Замечено, что он наиболее ярок слева и справа от солнца. Иногда мы видим по бокам от  солнца только эти части круга – два светлых пятна, похожих на наше дневное светило. Вот  5 откуда на небе появляется три солнца!  В.А.Мезенцев красочно описывает свои наблюдения в его первой книге  «Обычное в  необычном» из научно­популярной трилогии «Энциклопедия чудес», замысел  которой: рассказать о многих явлениях неживой и живой природы и дать этим явлениям  материалистическое объяснение. В один из летних дней 1790 года он зарисовал  открывшуюся перед ним картину: вокруг солнца светились два радужных круга – один  больше, другой меньше; сверху и снизу к ним примыкали яркие полукруги, похожие на  рога. Солнце и радужные круги пересекала белая полоса, параллельно горизонту  опоясывающая небо. В местах пересечения этой полосы с малым радужным кругом сияли  два ложных солнца; их стороны обращенные к солнцу, были красны, а от противоположных сторон тянулись длинные светящиеся хвосты. Три таких же пятна были видны и против  солнца – на белой полосе. Шестое, очень яркое, пятно блестело на малом радужном круге  выше солнца. Всё это держалось на небе около пяти часов. В науке гало принято классифицировать по их сложности. Как утверждает ученый  Владимир Мезенцев, если наблюдают от одной до трех его форм — скажем, два ложных  солнца и гало, круг в двадцать два градуса или же части этого круга в виде двух дуг справа и слева от солнца, — это гало простое. Сочетание четырех, пяти и более форм — гало  сложное. [1] Простые гало видел, наверное, каждый. Вспомните, как в морозный зимний день, когда  солнце прикрыто легкой дымкой, по обе стороны от него появляются два светлых пятна. В  Сибири их называют пасолнцами. Метеорологи утверждают, что появление на небе простого гало не столь уж редкое  событие. Просто увидеть его удается только очень внимательным наблюдателям. [1] 1.4 Почему возникает такое явление? Гало появляется чаще в ясную и безоблачную погоду, часто бывает там, где солнечно и  жарко, потому, что когда кристаллики воды поднимаются, и солнце в них отражается. Оно  может появляться в солнечных и тёплых местах. В северных областях чаще всего  наблюдается гало. Каковы причины этого интересного природного явления? Изучая  появления на небе гало, ученые уже давно заметили, что они бывают тогда, когда Солнце  затянуто белой, блестящей дымкой ­ тонкой пеленой высоких перистых облаков. Такие  облака плавают на высоте 6­8 километров над землей и состоят из мельчайших  кристалликов льда, которые имеют чаще всего форму шестигранных столбиков или  пластинок. Поднимаясь и опускаясь в потоках воздуха, ледяные кристаллики, подобно  зеркалу, отражают или, подобно призме, преломляют падающие на них солнечные лучи.  При этом от некоторых кристалликов отраженные лучи могут попадать в наши глаза. Тогда мы и наблюдаем различные формы гало. [2,3,4]  1.5 Формы и виды гало. Гало бывает разным. (Приложение 3 Рисунки 2­6). Оно 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 гало зависит от формы и расположения кристаллов.  6 Одна из форм – большой светлый круг. Такое гало появляется в дни, когда небо покрыто  легкой дымкой высоких перистых облаков, состоящих из мельчайших кристалликов льда.  Солнце светит через них, как через матовое стекло. Грани кристалликов отражают и  преломляют солнечные лучи. Большинство отраженных лучей рассеивается в атмосфере,  но некоторые лучи образуют вокруг солнца светлое кольцо. Порой при отражении и  преломлении света в кристалликах облаков, человек, к своему изумлению, видит большой  светлый крест на небе.  Возникают и такие необыкновенные картины: вокруг солнца появляются два круга – один  побольше, другой поменьше, к ним примыкают кривые дуги, похожие на огненные мечи, а  от солнца в обе стороны тянутся длинные хвосты. [2] [5] Часто на небе появляются одновременно несколько форм гало. Сложный комплекс из  разнообразных гало наблюдался в Петербурге 18 июля 1794 года. Он был тщательно  зарисован и описан петербургским астрономом Т.Ловицем и вошел в литературу под  названием Петербургского феномена. На небе одновременно наблюдалось 12 различных  кругов и дуг, из них 9 цветных.  7 II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ Я предположила,  что если световые световые лучи отражаются от ледяных  кристаллов, то смогут отражаться и от других кристаллических веществ, а значит можно сделать  установку которая позволит любоваться гало в домашних условиях в любое время. из  веществ доступных любому человеку в быту я выбрала кристаллы поваренной соли,  кристаллы сахара, кристаллы пищевой соды. Опыт я проводила как на свету так и в  темноте.  Я  растворила поваренную соль в воде затем взяла лупу и смочила её с обеих сторон  соленой водой (на 100 грамм воды 1 чайная ложка соли)  и пропустила свет от фонарика  (лампочка) через лупу. Результат сфотографировала в темноте. Я  взяла стакан, налила в него воду 100 грамм затем насылала  в стакан чайную ложку соли  и хорошо перемешала. Потом взяла лупу, смочило стёклышко лупы с двух сторон солёной  водой и пропустила  через лупу  свет  фонарика. 8 Я  растворила сахар в воде затем взяла лупу и смочила её с обеих сторон водой (на 100  грамм воды 1 чайная ложка сахара)  и пропустила свет от фонарика (лампочка) через лупу. Результат сфотографировала в темноте. 9 Я  растворила соду в воде затем взяла лупу и смочила её с обеих сторон водой (на 100  грамм воды 1 чайная ложка соды)  и пропустила свет от фонарика (лампочка) через лупу.  Результат сфотографировала в темноте. Опыт со свечёй.  Я взяла свечу  посыпала около неё соль и в этот момент пока соль  высыпается сфотографировала. Никаких оптических явлений не наблюдается. Вывод: Лучше всего виден эффект Гало через растворенную в воде поваренную соль. IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ     Ознакомившись с литературой по данному вопросу, я пришла к выводу, что  если  оптические явления возникают из­за отражения лучей света от ледяных кристаллов, то  можно попробовать получит оптический эффект пропуская световые лучи через другие  мелкокристаллические вещества.  Огромное количество  научных трудов  посвящено этой  теме, но я не нашла работ рассказывающих о том как добиться этого эффекта  10 искусственным путём. Для меня было очень удивительно узнать, что мы можем получить  гало в домашних условиях,  пользуясь веществами,  доступными каждому человеку. IV. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Мезенцев В.А. Энциклопедия чудес. Кн.1 Обычное в необычном.­3­е издание.  М.,»Акалис»­«Гардарика».1994­280с. 2.Спутник любознательных «Что такое? Кто такой?» Т.1, ­ М.: Просвещение, 1968. интернет­ресурсы:  1. http://www.neuch.ru/referat/192485.html 2.http://meteoweb.ru http://dic.academic.ru  3.http://ice­halo.net     http://ru.wikipedia.org 4.http://www.atop 11