Почему снег белый? Клуб почемучек

Здравствуйте, дорогие читатели и участники "Клуба почемучек"! Как всегда по пятницам у меня в блоге новый выпуск Клуба. К нам в Крым сегодня наконец-то пришла зима, и я рада, что сегодняшний вопрос как раз будет по сезону. Итак, сегодня я отвечаю на вопрос мамы Маргариты и ее трехлетней дочки

"Почему снег белый?"

Мы уже с вами изучали вопрос, почему снег блестит. Но вот о том, почему у снега белый цвет, мы не говорили. Чтобы ответить на этот вопрос, нам понадобится познакомиться с такими сложными физическими понятиями как цвет и свет, сделать несколько простых опытов и экспериментов, а в самом конце узнать, какого же все-таки цвета снег.

Действительно, почему мы видим снег белым, яблоко - зеленым, а апельсин - оранжевым? Что это такое - цвет предмета? Все ли люди видят его одинаковым? Давайте разбираться.

Почему снег белый?

Если говорить очень упрощенно (а именно так мы и будем объяснять трехлетнему малышу), то цвет предмета - это свет, отраженный от него, который пришел в наш глаз. Без света нет и цвета. 

Опыт 1. Цвет в темноте

Возьмите с малышом какую-нибудь яркую игрушку (например, кубик). Может ли ребенок сказать, какого она цвета? Это совсем нетрудно. А теперь зайдите в полностью затемненное помещение (ванну, например), устраните все даже малейшие источники освещения  - так, чтобы была полная темнота. И покажите ребенку эту игрушку. Теперь он видит ее цвет? Нет! В темноте предмет вообще не виден - он становится полностью черного цвета. 

Вывод: Цвет предмета - свойство субъективное (т.е. в разных условиях он будет разным). А второй вывод - что для того, чтобы увидеть цвет (да и вообще сам предмет) нам нужен свет.

Слева кубик при дневном свете - он желтый. Справа кубик в комнате без света - он черный

Так почему же все-таки одни предметы имеют один цвет, а другие - другой?

Для ответа на этот вопрос нам надо проследить за солнечным лучиком (или лучом от лампы). Вот он летит от источника света, пока не упрется в какую-нибудь преграду. Например, нашу игрушку. Теперь все зависит от того материала, из которого она сделана. Для луча света все материалы делятся, условно говоря, на три группы: которые этот луч света пропускают через себя, которые луч света поглощают (т.е. он так больше и не выходит из них), и те, которые этот луч света отражают от себя (он отскакивает от них как теннисный мячик от ракетки). Если луч света проходит насквозь материала, нам он кажется прозрачным. Если полностью поглощают, то он нам кажется черным. Если полностью отражает, то он нам кажется белым. А вот если предмет поглощает и отражает луч света не полностью, то мы и видим цвет у предмета.

Задание:

Называйте предметы, а малыш пусть говорит, к какой из трех групп они относятся (пропускают, поглощают или отражают они свет). Например, белая бумага, черный пультик от телевизора, оконное стекло. А потом наоборот: попросите малыша показать в комнате предмет, который подходит под данную группу: например, все, которые пропускают свет (это может быть и стеклянная чашка, и полиэтиленовая пленка, и прозрачная пластиковая линейка и т.д.), поглощают и отражают.

Значит, мы видим предмет цветным, когда он частично отражает падающий на него свет. Но почему цвета получаются разными? Дело в том, что луч обычного света, который мы называем "белый", на самом деле состоит сразу из нескольких цветов (физики называют это "спектр"). Если бы мы могли расщепить его, мы бы это увидели. Но как его расщепить? Очень просто - нам нужна призма! Оптическая призма - это такой специальный кусок стекла: верхняя и нижняя стороны у него - треугольники, а боковые стороны - прямоугольники. Луч света, попадая в призму отражается в ней и преломляется (отклоняется со своего пути). И когда выходит из нее, то разделяется на составляющие части. И тогда мы видим... радугу! Это явление называется сложным словом "дисперсия" и впервые открыл ее Ньютон, разложив луч света в спектр при помощи такой же оптической призмы.

Призма разлагает луч солнечного света на спектр

Но если у вас дома нет призмы, не беда! Ее можно смоделировать с помощью других средств. Поищите с малышом, где у вас дома живет радуга? Например, у нас она живет в ванной: лучи света от настенных светильников отражаются от края зеркала и "пускают" радугу на стиральную машинку. А еще радуга живет в аквариуме: каждый день в определенное время суток луч света попадает под нужным углом в окошко и отражается от стенок аквариума, пуская на стену очень четкую и длинную радугу.

Луч света, проходя через стенки аквариума, разлагается на спектр

Да что зеркало и аквариум? Даже в миске с водой живет радуга! Давайте ее рассмотрим?

Опыт 2. Разложение луча света на спектр.

Материалы о оборудование: Миска с водой, карманное зеркальце, лист бумаги.

Налейте в миску до половины воды. Установите миску так, чтобы она стояла в месте, где есть солнечные лучи. Одной рукой держите лист бумаги вертикально рядом с миской. Опустите в миску с водой другую руку с зеркальцем. Регулируя угол наклона зеркала добейтесь того, чтобы оно из под воды пускало на бумагу радужный солнечный зайчик. Этот "зайчик" и есть разложение солнечного луча в спектр. 

На большом фото Катя делает опыт по разложению солнечного луча на спектр.
На маленьком фото вверху видно, какая радуга получится в результате.

Теперь мы знаем, что лучик обычного белого света состоит из нескольких частей разного цвета. И когда он падает на какой-то предмет и частично поглощается, а частично отражается им, то видимый цвет этого предмета будет зависеть от того, какую часть спектра поглотил, а какую отразил материал, из которого сделан предмет. Если материал поглощает все цвета из луча, кроме желтого, то предмет нам будет видится как желтый. Если поглощает все, кроме красного - как красный. Если все, кроме красного и желтого, то как оранжевый. Вот как все просто!

А теперь вернемся к снегу. Каждая отдельная снежинка, из которых состоит сугроб, это замерзшая вода. Т.е. лед. А лед прозрачен. И каждая снежинка по-отдельности прозрачна. Это хорошо видно на макрофотографиях.

Снежинка (фото Андрея Осокина)

Снежинка состоит из шестиугольных кристалликов льда. Лед пропускает через себя солнечный свет. Значит, и сугроб снега должен был бы быть прозрачным? Но это не так. Каждая снежиночка в сугробе состоит из прозрачных кристалликов льда. Свет многократно преломляется и отражается в этих кристалликах, переходя от снежинки к снежинке. И в конце-концов весь свет выходит наружу, попадая и в наш глаз. Поэтому мы видим сугроб снега белым.

Снег состоит из тысяч и тысяч снежинок

Но действительно ли снег белый?

Ощущение цвета, как я уже говорила, бывает очень субъективным. Например, тот цвет, который большинство людей видит и называет оранжевым, мой сын-дальтоник видит как зеленый. Он не может найти оранжевый мячик в зеленой траве, хотя для большинства из нас это не составит никакого труда.

Кроме того, есть такое понятие как "адаптивность зрения". При разном освещении, в разных ситуациях свет, который отражается от предмета и воспринимается нами как "цвет" бывает не таким как мы его видим. Но наш мозг, из опыта зная каким "должен быть" цвет предмета, сам корректирует восприятие цвета. Например, все знают, что лист обычной бумаги для принтера - белого цвета. И мы видим его белым и в тени, и на солнышке, и в разных частях комнаты. Проведите с малышом эксперимент:

Опыт 3. Субъективность восприятия цвета

Материалы: лист бумаги, фотоаппарат

Возьмите лист бумаги. Убедитесь, что малыш видит, что это лист совершенно белого цвета. А потом походите с ребенком по комнате и фотографируйте этот лист в разных условиях. Например, мы фотографировали бумагу в центре комнаты. На освещенном солнцем подоконнике. Возле коричневого шкафа. Когда я надела красную кофту. Лист как лист. 

А теперь посмотрите получившиеся фотографии. Оказывается, бесстрастный "взгляд" фотоаппарата видит вместо белого совсем другие цвета! Например, лист на подоконнике, оказался, не белым, а голубым. А когда я надеваю красную кофту, то и бумага становится красной. 

Вывод: Цвет предмета зависит не только от материала, из которого он сделан, но и от освещающего его и отражающегося на нем света.

1. Таким мы видим белый лист бумаги в идеале
2. Белый лист рядом с красной кофтой              
3. Белый лист в комнате при естественном освещении
4. Белый лист в комнате около шкафа              
5. Белый лист на подоконнике                               

И если внимательно и беспристрастно посмотреть на снег, то малыш тоже увидит, что он не совсем белый. В сумерках он голубой. На ярком солнце - желтоватый. А какие еще оттенки снега вы с малышом сможете найти?

Прочитайте стихотворение и потом в течении дня тоже постарайтесь увидеть все эти цвета снега.

Вверху вид из нашего окна на снег в полдень. Внизу  - снег в сумерках

КАКОГО ЦВЕТА СНЕГ? 

Утром солнечно, морозно,

Мы идем гулять с тобой,

А на веточках березы

Снег небесно-голубой.

Вон синичка полетела,

На окне – смотри! – снегирь!

Снег повсюду белый-белый,

Точно сливочный пломбир.

За спиной портфель тяжелый,

Возвращаемся вдвоем.

Снег кружится желтый-желтый

Высоко под фонарем.

Вот и ночь. На ветках иней.

В окнах гаснет желтый свет.

И сверкает синий-синий,

Словно звезды, синий снег.

(А.Павлова)

А вот какими разноцветными увидел снежные вершины Гималаев художник Николай Рерих. Белые, голубые, зеленоватые, розовые, сиреневые, желтые... Правда красиво? А ведь это все просто белый снег!

Снежные вершины Гималаев. Худ. Н.Рерих

Кроме того, снег может и при обычном белом освещении быть разноцветным. Например, тающий снег имеет серый оттенок. А в высоких широтах снег может стать красным! Например, на Северном Урале, в Арктике, на Земле Франца-Иосифа иногда наблюдается такое явление, как покраснение снега. Причем и вкус у него меняется - становится похожим на арбуз! Виноваты в этом крошечные водоросли хламидомонады (Chlamydomonas nivalis), которые живут и размножаются на снегу, несмотря на низкую температуру. 

А в 2010 году в Краснодарском крае выпал желтый снег! Произошло это из-за того, что сюда долетел теплый ветер из Африки. Он принес с собой тучи песка, которые и придали снегу окраску от светло-бежевой до коричневой. 

Красный снег. Фото из Википедии

Вот такие удивительные цвета бывают у снега. 

Надеюсь, Маргарите и ее доченьке понравился мой ответ :)

На следующей неделе я буду отвечать на вопрос, который мне прислала девочка Аня (11 лет): "Почему некоторые животные впадают в спячку?"

А чтобы я ответила и на ваши вопросы, вступайте в Клуб и задавайте их!

Для этого надо всего лишь поставить баннер на боковую панель вашего блога или сайта (код баннера можно взять, перейдя на страницу "Клуба почемучек"), а если блога нет, то дать ссылку в любых соц. сетях. Присылайте вопросы мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой "Клуб почемучек". Среди всех присланных вопросов, независимо от того, опубликовала я на них ответ или нет, я разыгрываю призы. Следующий розыгрыш будет проходить по итогам осенне-зимнего сезона и состоится он 1 марта.

А также я приглашаю спонсоров к сотрудничеству с моим Клубом!

Подписаться на новости Клуба можно прямо тут, заполнив форму рассылки.
После этого вам на почту будут приходить ссылки на новые выпуски "Клуба почемучек" и сообщения о розыгрышах призов.

Ваше имя: Ваш email:

Архив прошлых выпусков "Клуба почемучек" можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Материалы по теме:

1. Цвет. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Цвет)

2. Символика цвета. Что такое цвет и как мы его ощущаем? "Школа жизни" (http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-30354)
3. Призма. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Призма_(оптика))

4. Какого цвета снег?  "Занимательна физика в вопросах и ответах" (http://elkin52.narod.ru/new/otvet33.htm)

5. Николай Рерих. WikiPaintings (http://www.wikipaintings.org/ru/nicholas-roerich/mount-of-five-treasures-two-worlds-1933)

6. Аномалия: желтый снег выпал в Краснодарском крае. "Аргументы и Факты" (http://www.kuban.aif.ru/society/details/475013)

7. Красный снег. "National Geographiс" (http://www.nat-geo.ru/article/435-krasnyiy-sneg)