DANE INFORMACYJNE Gimnazjum im. gen. Dezyderego Chłapowskiego w Lipnie Jak zapamiętać kolory tęczy? DANE INFORMACYJNE Gimnazjum im. gen. Dezyderego Chłapowskiego w Lipnie Grupa: 98/43_MF_G1 Kompetencja matematyczno-fizyczna Opiekun: Barbara Dopiera Temat projektowy: „Barwy światła i barwy ciał. ” Semestr IV rok szkolny: 2011/2012

Dlaczego trawa jest zielona? czyli… „Barwy światła i barwy ciał”

Celem naszego projektu jest przybliżenie wiedzy na temat światła min. Cel projektu Celem naszego projektu jest przybliżenie wiedzy na temat światła min. Czym jest światło? Jakie są źródła światła, dlaczego widzimy barwy?

Spis treści: I Ruch drgający II Fale mechaniczne III Fale elektromagnetyczne IV Światło i jego właściwości

I. RUCH DRGAJĄCY

Ciało porusza się ruchem drgającym ,jeżeli przemieszcza się tam i z powrotem po tym samym torze i ruch powtarza się w równych odstępach czasu np.: ciało zawieszone na sprężynie wahadło

Położenie równowagi - to położenie początkowe ciała. Wahadło matematyczne Wahadło matematyczne - skupiona w jednym punkcie masa zawieszona na nierozciągliwej i nieważkiej nici. Położenie równowagi - to położenie początkowe ciała.

Wahadło matematyczne

Amplituda, okres drgań Amplituda [ A ] - czyli największe wychylenie względem położenia równowagi. Okres drgań [ T ] - jest to czas potrzebny na wykonanie jednego pełnego drgania (wahnięcia) .

Częstotliwość ( f ) - liczba drgań wykonanych w jednostce czasu. f - częstotliwość. n - liczba cykli drgań t - czas trwania „n” cykli drgań

Jednostka częstotliwości Jednostką częstotliwości drgań jest herc (1Hz)

Heinrich Rudolf Hertz Heinrich Rudolf Hertz(1857-1894)- niemiecki fizyk, odkrywca fal elektromagnetycznych. Hertz po raz pierwszy wytworzył fale elektromagnetyczne posługując się skonstruowanym przez siebie oscylatorem elektrycznym. Stwierdził tożsamość fizyczną fal elektromagnetycznych i fal świetlnych oraz ich jednakową prędkość rozchodzenia się. Stworzył podstawy rozwoju radiokomunikacji. Dla uczczenia tych osiągnięć jednostkę częstotliwości nazwano od jego nazwiska hercem (Hz).

Doświadczenie 1. Wyznaczanie okresu drgań wahadła i sprawdzanie, że nie zależy on od amplitudy drgań. Konieczne przedmioty: -ciężarek 50g, -nierozciągliwa nić o długości 1m, -stoper, - linijka.

Kolejne czynności: - przywiązujemy nitkę do ciężarka i zawieszamy wahadło w dogodnym miejscu, by mogło swobodnie się wahać, - wychylamy wahadło o 5cm z położenia równowagi i puszczamy, - trzykrotnie mierzymy stoperem czas trwania 10 pełnych drgań (t1, t2, t3),, obliczamy średni czas tśr.5, i wynik zapisujemy w tabeli. Następnie obliczamy okres drgań , - powtarzamy doświadczenie, odchylając wahadło o 10cm i 15cm; zapisujemy w tabeli wyniki kolejnych pomiarów czasu oraz średnie wartości tśr.10 oraz tśr.15, - obliczamy okresy T10 i T15.

Przeprowadźcie pomiary dla różnych amplitud Przeprowadźcie pomiary dla różnych amplitud. Otrzymane wyniki zapiszcie do tabeli. Obliczcie okres drgań wahadła na podstawie pomiarów i wpiszcie wyniki do tabeli. Jakie są wasze wnioski? Amplituda (cm) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tśr (s) Okres drgań wahadła T(s) Częstotliwość f (Hz) 1. 2. 3.

Doświadczenie 2. Sprawdzanie, czy masa wahadła ma wpływ na częstotliwość drgań. Konieczne przedmioty: -ciężarek 50g, 100g, 150g, -nierozciągliwa nić o długości 1m, -stoper, - linijka.

Kolejne czynności: - przywiązujemy nitkę do ciężarka i zawieszamy wahadło w dogodnym miejscu, by mogło swobodnie się wahać, - wychylamy wahadło o 5cm z położenia równowagi i puszczamy, - trzykrotnie mierzymy stoperem czas trwania 10 pełnych drgań (t1, t2, t3),, obliczamy średni czas tśr., i wynik zapisujemy w tabeli. Następnie obliczamy okres drgań , - powtarzamy doświadczenie, zwiększając masę ciężarka; zapisujemy w tabeli wyniki kolejnych pomiarów czasu oraz średnie wartości tśr. - obliczamy okres i częstotliwość drgań.

Przeprowadźcie pomiary dla różnych mas wahadła Przeprowadźcie pomiary dla różnych mas wahadła. Otrzymane wyniki zapiszcie do tabeli. Obliczcie okres drgań wahadła na podstawie pomiarów i wpiszcie wyniki do tabeli. Jakie są wasze wnioski? Masa (g) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tśr (s) Okres drgań wahadła T(s) Częstotliwość f (Hz) 1. 2. 3.

Doświadczenie 3. Sprawdzanie, czy długość wahadła ma wpływ na częstotliwość drgań. Konieczne przedmioty: -ciężarek 50g, -nierozciągliwa nić o długości 0,5m, 1m, 1,5m, -stoper, - linijka.

Kolejne czynności: - przywiązujemy nitkę do ciężarka i zawieszamy wahadło w dogodnym miejscu, by mogło swobodnie się wahać, - wychylamy wahadło o 5cm z położenia równowagi i puszczamy, - trzykrotnie mierzymy stoperem czas trwania 10 pełnych drgań (t1, t2, t3),, obliczamy średni czas tśr., i wynik zapisujemy w tabeli. Następnie obliczamy okres drgań , - powtarzamy doświadczenie, zwiększając długość wahadła; zapisujemy w tabeli wyniki kolejnych pomiarów czasu oraz średnie wartości tśr. - obliczamy okres i częstotliwość drgań.

Przeprowadźcie pomiary dla różnych długości wahadła Przeprowadźcie pomiary dla różnych długości wahadła. Otrzymane wyniki zapiszcie do tabeli. Obliczcie okres drgań wahadła na podstawie pomiarów i wpiszcie wyniki do tabeli. Jakie są wasze wnioski? Długość wahadła (cm) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tśr (s) Okres drgań wahadła T(s) Częstotliwość f (Hz) 1. 2. 3.

WYNIKI: Od czego zależy częstotliwość i okres drgań Okres drgań, a tym samym częstotliwość drgań wahadła nie zależy od masy i od początkowego wychylenia czyli amplitudy. Okres drgań zależy od długości wahadła. Im większa długość wahadła, tym większy okres drgań, czyli mniejsza częstotliwość.

Przykładem zastosowania wahadła matematycznego jest zegar wahadłowy. Zastosowanie Przykładem zastosowania wahadła matematycznego jest zegar wahadłowy.

Zastosowanie wahadła Zegar mechaniczny wykorzystujący wahadło jako regulator chodu do odmierzania czasu. Do wskazywania czasu w zegarach wahadłowych wykorzystuje się wskaźnik analogowy w postaci tarczy i wskazówek. Zegar wahadłowy napędzany jest zazwyczaj siłą grawitacji (obciążnik na lince), sprężyną lub elektromagnesem. Zegar wahadłowy jest bardzo wrażliwy na zakłócenia pracy wynikające ze zmian temperatury, ciśnienia, niewłaściwe ustawienie oraz drgania pochodzące z otoczenia. Dlatego zegary te budowane są wyłączne jako stacjonarne.

Częstotliwość drgań własnych Częstotliwość drgań własnych – to częstotliwość z jaką ciało wytrącone z położenia równowagi wykonuje drgania swobodne.

Okresowa przemiana energii W ruchu drgającym następuje okresowa przemiana energii potencjalnej w kinetyczną i odwrotnie.

Przemiany energii w ruchu drgającym

Energia kinetyczna i potencjalna W położeniu równowagi energia potencjalna sprężystości ciała zawieszonego na sprężynie jest równa zeru, a przy maksymalnym wychyleniem osiąga największą wartość. Energia kinetyczna ma największą wartość w położeniu równowagi, a w położeniu maksymalnym wychylenia jest równa zeru.

W procesie drgań ciała zawieszonego na sprężynie występują cykliczne przemiany energii potencjalnej sprężystości w energie kinetyczną i energii kinetycznej w energie potencjalną.

Przemiany energii w ruchu drgającym

Energia kinetyczna i potencjalna W położeniu równowagi energia potencjalna ciężkości wahadła jest równa zeru, a przy maksymalnym wychyleniem osiąga największą wartość. Energia kinetyczna ma największą wartość w położeniu równowagi, a w położeniu maksymalnym wychylenia jest równa zeru.

W procesie drgań wahadła matematycznego występują cykliczne przemiany energii potencjalnej ciężkości w energie kinetyczną i energii kinetycznej w energie potencjalną.

II. FALE MECHANICZNE

Fala mechaniczna to rozchodzące się zaburzenie ośrodka. Fale mechaniczne Fala mechaniczna to rozchodzące się zaburzenie ośrodka. Fala może się rozchodzić na duże odległości, a cząsteczki ośrodka nie przemieszczają się wraz z nią lecz wykonują drgania.

Długość fali Długość fali λ (lambda)- odległość, którą fala przebywa w czasie, gdy dana cząsteczka ośrodka wykonuje jedno pełne drganie.

Fale, a ruch drgający Źródłem fali są drgania, a fale i ruch drgający są opisywane przez te same wielkości fizyczne: - amplitudę - okres - częstotliwość

Jak opisać falę Do opisu fali używamy pojęć: długość fali i prędkość rozchodzenia się fali. Okres fali „T”- czas potrzebny do wykonania przez cząsteczkę ośrodka pobudzoną do drgań jednego pełnego drgania.

Częstotliwość fali

Fala rozchodzi się w określonym ośrodku ze stała prędkością „v”. Prędkość fali Fala rozchodzi się w określonym ośrodku ze stała prędkością „v”. v – prędkość s – droga t – czas T – okres - długość

Przekształcając powyższe wzory otrzymujemy wzór na prędkość fali

Fale mechaniczne nie rozchodzą się w próżni. Ośrodek w którym rozchodzi się fala musi być sprężysty. Im większa gęstość ośrodka tym większa prędkość fali.

Na przykład fala dźwiękowa szybciej rozchodzi się w powietrzu gorącym niż w zimnym. W szynach kolejowych dźwięk rozchodzi się 17 razy szybciej niż w powietrzu. Dlatego jeśli ktoś uderzy młotkiem w szynę, to uderzenie słychać podwójnie: najpierw dotrze do ucha dźwięk rozchodzący się w szynie, potem w powietrzu.

III. FALE ELEKTROMAGNETYCZNE.

Fala elektromagnetyczna Falami elektromagnetycznymi są min. - fale radiowe, - mikrofalowe, - światło widzialne, - promieniowanie rentgenowskie.

Fala elektromagnetyczna to fala, której źródłem mogą być ładunki elektryczne. Fale elektromagnetyczne- to rozchodzące się w przestrzeni zmiany pola elektromagnetycznego.

Co wiemy o falach Fale elektromagnetyczne mogą rozchodzić się w każdym ośrodku także w próżni. Fale mechaniczne i elektromagnetyczne wywoływane są przez drganie i przenoszą energię!!! Prędkość fali elektromagnetycznej w próżni wynosi około 300 000

Długość fali - (lambda) długość fali f- częstotliwość v- prędkość T- okres fali

Widmo fal elektromagnetycznych

Promieniowanie widzialne Promieniowanie widzialne (światło) zajmuje bardzo małą część widma fal elektromagnetycznych (od 380 do 780 nm). Pozostałe fale nie są odbierane przez oko ludzkie.

SŁOŃCE – główne źródło światła Głównym źródłem światła jest Słońce. Światło białe to mieszanina fal o różnych barwach. Fala odpowiadająca światłu fioletowemu ma największą częstotliwość, czyli najmniejszą długość, a odpowiadająca światłu czerwonemu najmniejszą częstotliwość, czyli największą długość.

IV ŚWIATŁO I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Światło Światło- fala elektromagnetyczna o długości 380-780 nm, czyli o częstotliwościach 3,8* Hz – 7,9* Hz odbieranego przez zmysł wzroku.

Prędkość światła Światło biegnie z Ziemi do księżyca 1s. Ze Słońca do Ziemi biegnie 8 minut.

Prędkość światła w innych ośrodkach - woda - szkło - diament

Źródło światła Źródłem światła jest każde ciało wysyłające promieniowanie widzialne. a). sztuczne: - żarówka - laser - świeca b). naturalne: - Słońce - błyskawica

Źródłem światła nie jest księżyc i planety!!!

Promień świetlny – to wiązka światła.

Doświadczenie 4 Konieczne przedmioty: - akwarium, - mleko, - woda, - karton z wyciętą szczeliną, - latarka.

Przebieg doświadczenia: Do akwarium nalej wody i zabarw ją mlekiem aby nabrała mętnej konsystencji, Ustaw karton przed akwarium, Przepuść światło przez szczelinę i zaobserwuj wiązkę światła przechodzącą przez akwarium z wodą. Zamiast latarki i kartonu ze szczeliną możesz użyć lasera.

Wniosek: W ośrodku optycznie jednorodnym światło rozchodzi się po liniach prostych.

Prawo odbicia Promień padający i odbity oraz normalna leżą w jednej płaszczyźnie. Kąt odbicia jest równy kątowi padania.

Doświadczenie 5 Konieczne przedmioty: - szklana płytka prostopadłościenna, - laser, - biała kartka papieru, ołówek, kątomierz. Przebieg doświadczenia: Płytkę prostopadłościenną ułóż na białek kartce papieru. Skieruj promień lasera na płytkę tak aby uległ odbiciu. Na kartce zaznacz promień padający i odbity, poprowadź normalną. Za pomocą kątomierza sprawdź czy kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Prawo odbicia zastosowano w budowie światełek odblaskowych. Światła odblaskowe- zestaw specjalnie ukształtowanych miniaturowych zwierciadeł, niekiedy w połączeniu z zestawem małych soczewek, które po oświetleniu – w nocy – reflektorami (np. samochodowymi) jasno świecą światłem odbitym. Światło odbite widoczne jest z odległości 150 metrów.

Załamanie światła Załamanie światła polega na zakrzywieniu promieni świetlnych przy przechodzeniu z jednego ośrodka do innego.

Kiedy światło przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego, to załamuje się od normalnej (prostej prostopadłej do powierzchni rozgraniczającej ośrodki wystawionej w miejscu przechodzenia promienia świetlnego)

Kiedy światło przechodzi z ośrodka optycznie rzadszego do optycznie gęstszego załamuje się do normalnej

Doświadczenie 6 Konieczne przedmioty: - 2 szklane płytki prostopadłościenne, - laser, Przebieg doświadczenia: Płytki prostopadłościenne ułóż na białek kartce papieru jedna obok drugiej tak aby pomiędzy nimi znajdowała się wolna przestrzeń powietrza ok. 1cm. Skieruj promień lasera prostopadle do krawędzi pierwszej płytki. Obserwuj bieg wiązki przez powietrze i przez kolejną płytkę odnotuj obserwacje.

Światło białe składa się z wielu barw. W próżni fale elektromagnetyczne maja jednakową prędkość. W innych ośrodkach (np. w szkle) fale te mają różne prędkości. Zatem każde składowe światła odpowiadająca określonej barwie załamuje się pod innym katem. Zachodzi zjawisko rozszczepienia światła białego na poszczególne barwy.

Tabela współczynnika załamania światła w szkle Światło fioletowe załamuje się najbardziej, a światło czerwone najmniej. Barwa Fioletowa Niebieska Zielona Żółta Pomarańczowa Czerwona Współczynnik 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513

Dzięki zjawisku załamania światła widzimy „tęczę”. Jest to załamanie światła przy przejściu przez inny ośrodek np. wodę, szkło.

Kolory „tęczy” Barwy rozszczepionego światła mają następującą kolejność: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, granatowy fioletowy.

Jak zapamiętać kolory tęczy? …

Jest na to kilka sposobów. Można tego dokonać za pomocą wierszyków...   Raz Wiktoria mała tęczę widziała, policzyć jej kolory bardzo chciała. Czerwony, pomarańczowy, żółty zielony, niebieski, granatowy i fioletowy. Tak sobie powtarzała, aż kolory zapamiętała. Lub …

Czemu Patrzysz Żabko Zielona Na Grubego Faraona?   W tym zdaniu, pierwszy litery wyrazów pochodzą od pierwszych liter nazw kolorów tęczy, tzn. czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, granatowy, fioletowy.

Rozproszenie światła Zjawisko ma miejsce gdy na nierówną, chropowatą powierzchnię promienie światła padają pod różnymi kątami i odbijają się zgodnie z prawem odbicia- każdy w innym kierunku. Mówimy, że światło uległo rozproszeniu.

Zjawisko rozproszenia światła wykorzystuje się np. w kinie. Wiązka światła padająca w kinie na ekran rozprasza się i trafia do oczu widzów na całej sali.

Widzenie barwne Dlaczego trawa jest zielona?

Doświadczenie 7 Konieczne przedmioty: - latarka, - papier, - zielona szybka. Przebieg doświadczenia: Oświetlaj białą kartkę najpierw światłem białym a potem światłem zielonym za pomocą zielonej szklanej szybki.

Obserwacja Biała kartka oświetlana białym światłem odbija wszystkie składowe barwy światła, dlatego widzimy ją jako białą. Kartka oświetlona światłem jednobarwnym odbija to światło i powstaje złudzenie, że jest zielona.

… co z tą trawą ? Ciało zielone odbija tylko światło barwy zielonej, powstałe składniki światła są pochłaniane. Ciało kolorowe odbija tylko światło o określonej barwy, a pozostałe składowe światła pochłania.

Dlaczego ? Światło białe jest mieszanina barw: - czerwonej - zielonej to barwy podstawowe -niebieskiej

Składając światła o tych barwach możemy otrzymać dowolną barwę Składając światła o tych barwach możemy otrzymać dowolną barwę. Mieszając trzy podstawowe barwy otrzymujemy barwę białą

Ten efekt uzyskuje się min w telewizorach , monitorach kolorowych i drukarniach… … oto powiększone obrazy kolorowego monitora komputerowego

Koło barw

Doświadczenie 8 Zbuduj krążek newtona aby przekonać się, że światło to mieszanina różnych barw Konieczne przedmioty: płyta CD, kolorowy papier, nożyczki, klej, ołówek i plastelina. Przebieg doświadczenia: Na płytę CD ponaklejaj kolorowe wycinki kół. Umocuj pośrodku ołówek aby można zakręcić krążkiem.

Nasze prace

Doświadczenie 9 Zbuduj krążek Benea aby za pomocą koloru białego i czarnego zobaczyć inne barwy. Konieczne przedmioty: płyta CD, biały papier, czarny flamaster, nożyczki, klej, ołówek i plastelina. Przebieg doświadczenia: Na płytę CD naklej białe koło, następnie czarnym flamastrem namaluj krążki. Umocuj pośrodku ołówek aby można zakręcić krążkiem.

oto nasze krążki

Zabawa cieniem Gdy na ciało pada białe światło, to cień jest czarny. Co się stanie jeśli światło będzie kolorowe?

Doświadczenie 10 Sprawdzamy jaki cień powstanie gdy ciało oświetlimy kolorowym światłem. Konieczne przedmioty: Przedmiot, trzy latarki, płytki lub folie koloru: czerwone, niebieskiego i zielonego, biały ekran. Przebieg doświadczenia: Przedmiot oświetlaj białym światłem, następnie kolorowym światłem, na koniec oświetlaj kilkoma kolorami. Obserwuj kolory powstałych cieni na ekranie.

Nasze obserwacje

Cień kolorowego światła Światło: cień: białe czarny czerwone czarny niebieskie+czerwone niebieskie, zielone, żółte niebieskie+zielone żółty, czarny, niebieski czerwony+ zielony czerwony, czarny, zielony Czerwony, niebieski, zielony żółty, zielony, czarny, niebieski, fioletowy

Cień za każdym razem ma inny kolor, to dzięki narządowi wzroku. http://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision

By móc rozpoznać kolory, nasze oko wyposażone jest w 3 rodzaje komórek, które reagują: jedne na czerwień inne na zieleń i niebieski. Te 3 rodzaje komórek mogą rozpoznawać miliony kolorów. np. różowy widzimy gdy pobudzone zostają komórki reagujące na niebieski i czerwień, a żółty widzimy dzięki komórkom czerwonym i zielonym 

Podsumowanie W naszej pracy przybliżyliśmy nie tylko istotę barwy ale także nie sposób pominąć wstępu do teorii światła czyli drgania i fale. Takie szerokie i uporządkowanie wiedzy na temat czym jest światło pozwoliło nam odkryć dokładnie istotę światła. Temat jest tak obszerny że nie sposób w jednej prezentacji zawrzeć materiał od istnienia do zrozumienia barwy. Na zajęciach wiele się nauczyliśmy ale przede wszystkim dobrze się bawiliśmy fizyką  Mamy nadzieję że nasza praca będzie przydatna dla innych. grupa 98/43_MF_G1

Zasoby wiedzy http://www.mlodziwilcy.pl/natura-swiatla http://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision http://www.stkijak.republika.pl/Strony/swiats/zalam/refract.htm Fizyka Nowa Era, Fizyka Zamkor, http://wikipedia.pl//, http://en.wikipedia.org/wiki/Color, http://miary.hoga.pl, http://edu.oeiizk.waw.pl/~sp172b_14/tajemnice_plastyki/barw.html, http://www.zgapa.pl/zgapedia/Barwa.html; http://www.maius.uj.edu.pl/zmysly/