Публикация «Законы физики вокруг нас»

Любовь Ильинична Калугина

МБОУ «Сиренькинская СОШ», д. Чувашское Сиренькино,

Альметьевского района Республики Татарстан

Аннотация: В этой статье мои размышления о том, какими способами и средствами можно мотивировать у детей интерес к науке, дать им возможность найти себя в этой области. В изложенном материале содержится сведения о природе света на простом языке физики, где опыты можно выполнить со средними и младшими школьниками. У большей части людей, посвятивших себя развитию науки и технологий, интерес к науке возник еще в начальной школе. Задача учителя создать условия, чтобы этот интерес поддержать, а в дальнейшем, уже у старших школьников, активно взаимодействовать с ними, чтобы он не угас совершенно.

Ключевые слова: Природа цвета, цветовой спектр, радуга на тонких пленках, очки без стекол.

Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без точных наук. Человеческий разум проник во многие тайны, в их суть, в их механизм. Сюда можно отнести радугу, природу цвета, молнию, законы тяготения и многое другое. Все эти явления продолжают привлекать и сохранять свою таинственность.

Природа цвета может изучаться с разных позиций. Физики исследуют энергию электромагнитных колебаний или сущность световых частиц, которые несут свет; возможности, в особенности, разложение белого цвета при его призматическом рассеивании; проблемы корпускулярного цвета. Они изучают смешение цветного света, спектры различных элементов, частоту колебаний и длину различных цветовых волн. Измерение и классификация цвета также принадлежат области физических исследований.

Химики изучают молекулярное строение цветных материалов или пигментов, проблемы их прочности и выцветания, растворители, связующие вещества и изготовление синтетических красителей. В настоящее время химия красок охватывает чрезвычайно широкую область промышленных исследований и производства.

Физиологи изучают различные действия света и цвета на наш зрительный аппарат - глаза и мозг, их анатомические связи и функции. При этом изучение вопросов приспособления зрения к свету и темноте, хроматического видения занимает весьма важное место. Кроме того, феномен остаточных изображений также относится к области физиологии.

Психологи интересуются проблемами влияния цветового излучения на психику и душевное состояние. Символика цвета, его субъективное восприятие и различное к нему отношение являются важными, ключевыми темами, так же как и экспрессивное цветовое воздействие, обозначенное Гете как его чувственно-нравственное проявление.

Живописцы, которые хотели бы постичь эстетическую сторону воздействия цвета, также должны обладать знаниями в области физиологии и психологии цвета. Однако в искусстве существует своя область цветового познания. Наибольшее значение для создания художественного образа имеют отношения между цветовой реальностью и цветовым воздействием, между тем, что воспринимается глазом, и тем, что возникает в сознании человека. Оптические, эмоциональные и духовные проявления цвета в искусстве живописи взаимосвязаны. Эффекты разнообразного воздействия цвета и возможность управлять ими должны стать основой эстетического учения о цвете. При этом проблемы субъективного восприятия цвета оказываются особенно важными в художественном воспитании, искусствоведении, архитектуре и для художников, работающих в области рекламы и моды.

Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона).

В 1676 году Исаак Ньютон с помощью трехгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр. Подобный спектр содержал все цвета за исключением пурпурного. Ньютон ставил свой опыт следующим образом: солнечный свет пропускался через узкую щель и падал на призму. В призме луч белого цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета. Разложенный свет он направлял затем на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная лента начиналась с красного цвета и через оранжевый, желтый, зеленый, синий кончалась фиолетовым. Если это изображение затем пропускалось через собирающую линзу, то соединение всех цветов вновь давало белый цвет. Эти цвета получаются из солнечного луча с помощью преломления. Существуют и другие физические пути образования цвета. Физика цвета например, связанные с процессами интерференции, дифракции, поляризации и флуоресценции. Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Красный сосуд выглядит красным потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только красный. Если мы разделим спектр на две части, например – на красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую, и соберем каждую из этих групп специальной линзой, то в результате получим два смешанных цвета, смесь которых в свою очередь также даст нам белый цвет. Два цвета, объединение которых дает белый цвет, называются дополнительными цветами. Если мы удалим из спектра один цвет, например, зеленый, и посредством линзы соберем оставшиеся цвета – красный, оранжевый, желтый, синий и фиолетовый, – то полученный нами смешанный цвет окажется красным, то есть цветом дополнительным по отношению к удаленному нами зеленому. Если мы удалим желтый цвет, то оставшиеся цвета – красный, оранжевый, зеленый, синий и фиолетовый – дадут нам фиолетовый цвет, то есть цвет, дополнительный к желтому. Каждый цвет является дополнительным по отношению к смеси всех остальных цветов спектра. Человеческий глаз может воспринимать свет только при длине волн от 400 до 700 нм. Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящее в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят излучение в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.

Радуга на тонких пленках

Для опыта потребуются: блюдечко, мыльный раствор, трубочка или рамка для выдувания мыльных пузырей.

Все наверно обращали внимание и задавали вопрос, почему возникает такое разноцветное великолепие на поверхности воды, содержащий бензин? Оказывается, все дело в толщине слоя бензина. Бензин растекается по поверхности воды тонким слоем, таким, что не измерить его толщину ни одной линейкой. Даже световая волна успевает сделать всего несколько колебаний, пока пробегает этот слой. Свет проникает через сверхтонкую бензиновую пленку, а затем в воду. Но часть света отражается от поверхности воды и «вырывается» обратно, наружу, навстречу световому потоку. При этом световые волны, «вбегающие» в бензин и «выбегающие» из него, складываются и вычитаются. В результате этих сложений и вычитаний (которые ученые называют красивым словом «интерференция») часть цветов может пропасть, и останется только один цвет, например красный или синий. Обычный белый цвет содержит в себе все цвета радуги. Оказывается, обычная тонкая пленка бензина может «извлекать» из смешения всех цветов тот или другой цвет.

Ученые используют это явление для измерения толщины сверхтонких материалов. Они могут подсчитать, насколько изменилась толщина пленки, через которую прошел и отразился свет, в зависимости от изменения цветов на поверхности пленки. Радужные пятна на луже скрывают очень интересное и полезное явление. Где еще можно встретить это явление? Да в любом доме. Возьми любой фотоаппарат с хорошим объективом и посмотри на стекло объектива внимательно. Ты увидишь, что предметы, отражающиеся в объективе, меняют свой цвет, становятся красноватыми или синеватыми. Дело в том, что ученые придумали, как нанести на стекло пленку специального материала такой толщины, чтобы свет при всех «сложениях» и «вычитаниях» почти не отражался от стекла, а весь проходил внутрь фотоаппарата. Это же свойство используют астрономы для своих телескопов.

Проделаем простой опыт по наблюдению сверхтонких пленок на обычных мыльных пузырях. Возьмем блюдечко, сделаем мыльный раствор (добавляем в воду моющее средство «Фейри») и выдуваем мыльный пузырь через трубочку. Блюдце должно быть смочено мыльным раствором, тогда пузырь не сразу лопнет. Мыльный пузырь переливается всеми цветами радуги. Происходит то же отражение света, что и в пленке бензина, потому что толщина мыльного пузыря просто мала.

Сначала пузырь будет не очень «разноцветным», потом с него будут как бы «стекать» цветовые пятна. Если на пузырь аккуратно подуть, то эти пятна будут кружиться. Это происходит потому, что изменяется толщина стенок пузыря. Мыльный раствор под действием притяжения Земли стекает вниз, пузырь становится тоньше сверху, и, соответственно, «стекают» цвета. Когда же мы дуем на пузырь, мы «гоним волну» по жидкости, а вместе с волной бегут и цветовые пятна. Радужные полосы в тонких пленках возникают в результате интерференции световых волн, отраженных от верхней и нижней границ пленки. Волна, отраженная от нижней границы, отстает по фазе от волны, отраженной от верхней границы. Величина этого отставания зависит от толщины пленки и от длины световых волн в пленке. Вследствие интерференции будет происходить гашение одних цветов спектра и усиление других. Поэтому места пленки, обладающие разной толщиной, будут окрашены в различные цвета.

Леонардо да Винчи отводил человеческому глазу особую роль: «Разве не видишь ты, что глаз обнимает красоту всего мира? Он является начальником астрологии; он создает космографию, он советует всем человеческим искусствам и исправляет их, движет человека в различные части мира; он является государем математических наук, его науки — достовернейшие; он измерил высоту и величину звезд, он нашел элементы и их места. Он породил архитектуру и перспективу, он породил божественную живопись».

Дмитриев А. С. Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей / А. С. Дмитриев. — Москва : Этерна, 2014. — 216 c. — ISBN 978-5-480-00197-6. — Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR SMART. URL: https://www.iprbookshop.ru/45919.html (дата обращения: 08.02.2023).

Зайцев А. С: Наука о цвете и живопись, Издательство: Искусство, Год: 1986 г.

URL: https://colorscheme.ru/art-of-color/color-physics.html (дата обращения: 10.02.2023).