Отражение света можно увидеть без сложных приборов: направьте фонарик на небольшое зеркало и поймайте световое пятно на белом листе. Затем замените зеркало матовой бумагой, сохранив положение фонарика и расстояние. На экране результат станет другим: гладкая отражающая поверхность посылает свет заметным пятном в определённом направлении, а матовая рассеивает его по разным направлениям.
Для опытов нужен взрослый, фонарик с обычным белым светом, зеркало, белая и матовая тёмная бумага, а также лист для экрана. Лазер не нужен. Не направляйте яркий свет в глаза и не ловите зеркальный блик лицом: удобнее наблюдать пятно на бумаге. Работайте на столе, где предметы не придётся держать над головой.
Подготовьте место, чтобы сравнение было честным
Выберите комнату, где можно немного уменьшить общий свет. Полная темнота не требуется: ребёнку должно быть удобно видеть края предметов. Поставьте фонарик на стол или положите его на устойчивую подставку из нескольких книг. Если он круглый и катится, зафиксируйте его с боков двумя небольшими брусками или свернутыми полотенцами.
В качестве экрана возьмите белый лист А4 и прикрепите его к стенке коробки или плотной папке так, чтобы он стоял вертикально. Зеркало подойдёт небольшое, без острых краёв. Если используете зеркальце с ручкой, взрослый может его держать за ручку. Поверхность зеркала и листа для сравнения должна быть примерно одного размера; удобно вырезать матовый лист по размеру зеркала.
Положите на стол полоску малярной ленты и отметьте три места: фонарик, зеркало, экран. Так вы сможете менять только отражающую поверхность, а источник и расстояние сохранятся. Не приклеивайте зеркало к столу ненадёжно: если оно стоит, убедитесь, что оно не падает от лёгкого касания.
Перед началом скажите ребёнку, что вы ищете путь света: от фонарика к поверхности, затем от неё к экрану. Для этого не нужно смотреть внутрь луча или на яркое отражение. Достаточно наблюдать освещённые места.
Опыт 1. Поймайте отражённый свет на экране
Поставьте экран сбоку от фонарика. Направьте фонарик на зеркало под небольшим углом. Медленно поворачивайте зеркало, пока на белом экране не появится световое пятно. Отметьте на экране его положение карандашом — можно обвести не всю границу, а поставить маленький крестик в центре.
Теперь закройте зеркало непрозрачной карточкой, не двигая фонарик и экран. Пятно исчезнет или заметно изменится. Уберите карточку — пятно вернётся. Этот простой шаг показывает, что свет на экране пришёл после встречи с зеркалом, а не напрямую от фонарика. Если луч фонарика и без зеркала попадает на экран, разверните экран или фонарик: прямой путь света должен проходить мимо него.
Попросите ребёнка указать пальцем на три точки: «Откуда свет вышел? Где повернул? Куда попал?» Можно провести на листе схему из двух стрелок: фонарик → зеркало → экран. На самой поверхности света не видно как нарисованную линию; заметны его источник и освещённые им места.
Сдвиньте зеркало на несколько градусов, сохранив его положение на столе. Пятно уйдёт в другую часть экрана или совсем с него. Верните зеркало по отметке. Ребёнок увидит, что направление отражения зависит от положения зеркала. Не нужно сразу вводить углы и измерения: сначала достаточно управлять пятном руками и словами «левее», «правее», «выше».
Опыт 2. Сравните зеркало и матовую поверхность
Верните предметы к исходным отметкам. Посмотрите, насколько яркое пятно даёт зеркало на экране. Затем взрослый убирает зеркало и ставит на его место лист матовой белой бумаги того же размера. Старайтесь сохранить наклон поверхности и расстояние до фонарика. Экран остаётся на месте.
Теперь яркое очерченное пятно обычно исчезает или становится гораздо слабее. Сама бумага видна освещённой, а свет от неё расходится во многие стороны. Ребёнок может заметить, что на белую бумагу легко смотреть сбоку, тогда как зеркало даёт яркий блик только в подходящем направлении. Попросите описать, что видно на экране и что видно на поверхности: это разные наблюдения.
Повторите замену в обратном порядке: бумага, зеркало, снова бумага. Не меняйте одновременно мощность фонарика, расстояние и освещение комнаты. Иначе будет трудно понять, какая перемена вызвала результат. Если у фонарика несколько режимов, выберите один и не переключайте его до конца сравнения.
Для третьего варианта возьмите матовую тёмную бумагу. Она обычно даст ещё меньше заметного света на экране. Но главный вывод этого опыта — не «белое лучше чёрного», а различие между гладкой отражающей поверхностью и матовой. Цвет добавляет новую переменную, поэтому показывайте его только после сравнения зеркала и белой бумаги.
Опыт 3. Проверьте, куда ушёл блик
Оставьте фонарик и зеркало на отмеченных местах, а экран осторожно перемещайте вдоль воображаемой дуги вокруг зеркала на одном расстоянии от него. В одном положении пятно заметно, в соседнем — слабее или его нет. Получается небольшая «охота за пятном»: ребёнок предсказывает, в какую сторону передвинуть экран, и проверяет.
Чтобы опыт имел понятный конец, заранее задайте цель: найти два положения экрана — с пятном и без пятна — и отметить их полосками ленты на столе. После этого верните экран на место с пятном, поверните зеркало и попробуйте снова найти свет. Сравните новые отметки со старыми. Даже без измерения углов видно, что отражённый свет не попадает одинаково во все стороны.
Если экран маленький, пятно легко потерять. Возьмите большой белый лист или стенку коробки. Если фонарик даёт широкий пучок, уменьшите освещение комнаты и ищите более светлую область, а не тонкий «луч». Опыту не нужна идеально резкая граница пятна.
Объясните результат через знакомую ситуацию
Зеркало имеет гладкую поверхность: отражённый свет от неё направлен согласованнее, поэтому на экране можно поймать заметное пятно. Матовая бумага тоже отражает часть света — иначе мы не видели бы её, — но её поверхность рассеивает свет по многим направлениям. Поэтому одинаково поставленный экран не получает такого же яркого пятна.
Спросите ребёнка: «Почему мы видим лист бумаги почти с любого места за столом, а блик от зеркала появляется только при удачном положении?» Ответ можно собрать из результатов опыта: свет от бумаги приходит к глазам с разных направлений; зеркальный блик зависит от взаимного положения источника, зеркала и наблюдателя.
Если ребёнок захочет исследовать, как предмет закрывает свет и образует тень, это уже другая задача. Для неё пригодятся «Опыты со светом и тенью: как объяснить ребёнку простую оптику».
Как исправить опыт, если пятно не получается
Проверьте путь света по порядку. Сначала направьте фонарик на зеркало и убедитесь, что зеркало освещено. Затем медленно поворачивайте зеркало, не двигая остальные предметы. Если пятно не видно, увеличьте экран или подвиньте его ближе. Не поднимайте зеркало к лицу, пытаясь найти блик глазами.
Когда на экране есть свет даже при закрытом зеркале, это прямое освещение фонариком. Разверните фонарик так, чтобы он светил только на зеркало, а экран оказался в стороне от прямого пучка. Повторите проверку непрозрачной карточкой.
Если сравнение с матовой бумагой кажется неубедительным, вернитесь к отметкам на столе. Проверьте одинаковый наклон, размер поверхности и режим фонарика. Сравнивайте не общее впечатление от комнаты, а одно место на экране. Ребёнку можно предложить самому назвать, что осталось прежним и что изменили.
Частые вопросы
Можно ли использовать экран телефона вместо фонарика?
Экран даёт широкий рассеянный свет, поэтому поймать понятное пятно труднее. Для первого опыта удобнее небольшой фонарик с направленным пучком.
Почему матовую бумагу видно, хотя пятна на экране почти нет?
Она отражает свет в разные стороны. Часть света приходит к нашим глазам, поэтому бумага видна. Но в выбранное место экрана попадает меньше света, чем при удачном положении зеркала.
Нужна ли фольга?
Для основных трёх опытов нет. Если захотите сравнить её с зеркалом, сначала разгладьте небольшой лист и закрепите его на картоне. Складки меняют направление отражения, поэтому фольга не заменяет гладкое зеркало в первом сравнении.
Можно ли проводить опыт днём?
Да, если пятно от фонарика различимо на экране. Уберите экран от прямого солнечного света и при необходимости прикройте шторы. Не пытайтесь направлять солнечный свет зеркалом в глаза или на людей.