XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительное рядом – полярные сияния
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ПАСПОРТ ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ
Цель проекта – рассказать сверстникам о загадочных природных явлениях, окружающих нас, красоте и уникальности природы, необходимости бережного отношения к её богатствам и обитателям.
Задачи:
1. Изучение литературы по данной теме;
2. Разработка теста;
3. Проведение тестирования;
4. Анализ полученных данных;
5. Создание макета;
6. Рассказ о событиях по теме.
Результаты:
Обзор темы и проведение беседы
Создание проектора для искусственного изображения природного явления «Полярное сияние» в домашних условиях.
Проект по созданию проектора выполнялся в период с 10.01.2021 г. по 30.01.2021 г. и включал в себя следующие этапы:
Разработка общего вида проектора
Подготовка материалов
Создание проектора
Внешнее оформление проектора и проверка его работы
Показ презентации по проделанной работе
Идея создания проектора появилась после просмотра фотографий с изображением полярного сияния, которые были сделаны моим дядей на работе в селе Газ-Сале Ямало-Ненецкого автономного округа в 2020 году.
Материалы и оборудование: для создания проектора необходимы картонная коробка, гирлянда с разноцветными светодиодными лампочками, двусторонний скотч, прозрачный скотч, фольга, увеличительное стекло, цветная бумага, ножницы.
Аудитория: начальная школа.
ВВЕДЕНИЕ
Мир, который окружает нас, уникален и неповторим по разнообразию и красоте, всё в нём постоянно меняется и находится в непрерывном движении. Огромную его область, доступную для современных наблюдений, начиная от нашей планеты и далеко за её пределами – мы называем Вселенной. Несложно представить себе, насколько велика наша Земля по сравнению с человеком и живущими на ней животными и растениями. Гораздо сложнее сравнить себя с безграничными просторами космоса, в котором даже Солнце является всего лишь маленьким огоньком, затерявшимся в звёздном пространстве на бескрайних просторах Вселенной. Сколько тайн и загадок содержит в себе небосвод, неизученных до конца явлений. На множество вопросов до сих пор нет однозначных ответов. И даже о самой планете Земля, жителями которой нам посчастливилось родиться, человечеству известно далеко не всё. Не изучены до конца глубины мирового океана, куда нельзя добраться без специальных технических средств. О недрах Земли и её внутреннем строении можно говорить, полагаясь порой лишь на предположения и сложные математические расчёты. Наблюдения за окружающим нас миром дают понять, что всё в нём взаимосвязано. Так, например, климат или изменения численности тех или иных видов насекомых и растений оказывают влияние на жизнь или поведение многих животных и птиц. Природа как бы постоянно стремится установить баланс и равновесие. Также как и планеты в космосе, непрерывно вращаясь вокруг своих осей, вращаются вокруг Солнца, каждая по своим орбитам, и никуда не улетают, и всё это вращение как бы «висит» в космическом пространстве единой системой. И таких систем, и многих других, непохожих друг на друга – не счесть. Человек в свою очередь волей-неволей этот баланс нарушает, вмешиваясь в природу своим желанием познать всё новое и неизведанное. Именно поэтому, помимо изучения, он должен бережно относиться ко всему тому, что получает от природы и оберегать её от себя самого, чтобы не навредить. Актуальность выбранной темы заключается в том, что одним из самых грандиозных и красивых явлений в природе является полярное сияние. В буквальном смысле, оно притягивает к себе взгляды наблюдателей. Подобно спецэффектам, оно сияет в небе изумрудными и золотистыми красками разных оттенков. В живую полярное сияние особенно завораживает, но даже на картинках и фотографиях, заснятое объективом фотоаппарата или видеокамеры, выглядит как что-то волшебное.
Проблема состоит в том, что увидеть в природе полярное сияние можно не везде и не всегда – лишь только в ночное время, находясь ближе к северным широтам и преимущественно в зимнее время года. А после изучения причин его происхождения, нам станет более понятно, насколько сложно самому, в домашних условиях, создать явление, близкое по своей природе к полярному сиянию.
Цель данного проекта – получить изображение, схожее с полярным сиянием, с использованием разноцветной гирлянды и увеличительного стекла, чтобы попытаться представить, как это сияние выглядит в небе по-настоящему.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Изучение литературы по данной теме;
2. Подготовка и проведение практического занятия-беседы;
3. Анализ практического занятия;
4. Создание проектора;
5. Рассказ по данной теме и демонстрация полученного результата.
Методы решения поставленныхзадач:изучение литературы; метод анализа и сравнения; изготовление продукта.
Практическая значимость нашей работы вполне очевидна, поскольку подобные эксперименты со светом позволяют из обычных вещей и предметов получить интересный результат, вызовет больший интерес к живой природе, расширению кругозора и дальнейшему ознакомлению с такими редкими явлениями, как, например, полярные сияния. Возможно кто-то, проведя самостоятельно такую же работу, откроет для себя новое увлечение, захочет по настоящему увидеть полярное сияние и отправиться ближе к северу.
Финансовые затраты составили 1500 рублей. Для создания макета нам понадобилось: картонная коробка – 50 руб., оберточная бумага – 250 руб., двусторонний скотч – 300 руб., новогодняя разноцветная гирлянда – 750 руб., фольга пищевая в рулоне – 90 руб., увеличительное стекло - 170 руб. Все остальные материалы (клей и ножницы) мы подобрали у себя дома.
Проект выполнялся в период с 1.01.2020 года по 14.02.2020 года.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Природные явления
История наблюдений за природными явлениями
Понять и разобраться в причинах возникновения разных явлений в природе люди хотели всегда, причём не только постоянно повторяющихся, но и редких и необычных. Ещё давно, когда не было других объяснений, многие явления воспринимались как магия или действие каких-нибудь высших существ, похожих на людей, живущих высоко в небе. Так люди стали верить в божества. Со временем им давали имена. Так, например, в древнегреческой мифологии появился Прометей – бог огня, Зевс – метающий гром и молнии на землю. В славянской мифологии это был Перун – бог-громовержец и покровитель дождя. Также по разным народным приметам можно было судить, какая будет зима или лето. Кроме того, особое поведение некоторых животных и птиц может предшествовать некоторым природным событиям, например низко летающие ласточки перед дождём. Постоянные наблюдения с течением времени уже с научной точки зрения стали объяснять происхождение тех или иных явлений. Однако, ещё в средние века полярные сияния считались предвестниками войн, голода и других больших катастроф. Происхождение полярных сияний пытались объяснить естественным путём, считая их солнечными лучами, накопившимися в толще льда в течение дня и излучаемыми ночью, или отражением солнечного света от северных морей. Население тех мест, где часто наблюдались полярные сияния, имело более реалистичное представление об этом явлении. Развитие науки и техники позволило глубже разобраться в природе явлений, происходящих в недрах Земли, на её поверхности, в атмосфере и далеко за её пределами. Исследование космоса перенесло человечество на совершенно другой уровень развития. Сначала появились телескопы, помогающие изучать звёздное небо. Конструкция их становилась всё сложнее. Современные инструменты и оборудование позволяют с поверхности Земли наблюдать за объектами, расположенными на огромном расстоянии далеко в космосе – кометы, астероиды, другие планеты и звёзды.
Природа полярных сияний
Сегодня даже самое необычное явление в природе имеет своё объяснение. Многое из того, что происходит на поверхности Земли, происходит под влиянием космоса. Солнечные или лунные затмения объясняются движением Земли и Луны вокруг Солнца. Такие обычные на первый взгляд явления как приливы и отливы в океане, являются результатом воздействия приливных сил Луны и Солнца. Солнце играет в нашей жизни пожалуй самую важную роль. Оно даёт нам свет и согревает нас. Именно благодаря солнцу, точнее сказать – удачному расположению нашей планеты относительно него, на нашей планете созданы благоприятные условия для жизни. На поверхности ближайших к Солнцу планет – Меркурии и Венере, температура настолько велика, что такая жизнь, как у нас, существовать там не может. Равно как и на Марсе, только на его поверхности напротив – температура слишком низкая, т.к. он расположен дальше от Солнца. Солнце – это огромный газовый шар, в самом его центре расположено ядро, где протекают сложные процессы, в результате которых излучается огромное количество энергии. Основным веществом, из которого состоит Солнце – является водород. Также в его состав входит гелий, углерод, азот, кислород и различные металлы. Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов. В каждом атоме содержится ядро. При слиянии ядер атомов лёгких элементов в ядро более тяжёлого образуется энергия, которая почти полностью переходит в тепло. Такая реакция с ядрами происходит при очень высокой температуре, свыше 10 млн градусов, поэтому она и называется термоядерной. Так при слиянии атомов водорода образуется гелий – именно это преобразование и является источником огромного количества энергии, выделяющегося из солнечного ядра. Подобно земной, Солнце также имеет свою атмосферу, через которую излучение уходит в окружающее пространство. Также как и на Земле, атмосфера солнца состоит из нескольких слоёв. Самые глубокие слои составляют фотосферу, которая постепенно переходит в более разреженные внешние слои солнечной атмосферы – хромосферу и корону. Главной особенностью короны является её лучистость. Именно благодаря строению короны мы привыкли изображать солнце с лучами. Корона Солнца самая горячая часть солнечной атмосферы, она и самая близкая к нам, простирается далеко от Солнца в виде постоянного движущегося от него потока заряженных частиц – солнечного ветра (Рис. 1). Фактически мы живём окружённые солнечной короной, защищённые от её радиации магнитным полем Земли. Что такое – это самое магнитное поле Земли? Если говорить простыми словами, наша планета представляет собой гигантский магнит. У любого магнита есть пространство вокруг него, внутри которого действуют силы притяжения, и чем ближе к поверхности, тем они сильнее. Схематично магнитное поле можно изобразить в виде линий, проходящих через северное и южное полушария (Рис. 2). Что интересно, ось земного магнита немного отклоняется от оси вращения Земли, в результате чего магнитные полюса не совпадают с северным и южным полюсами. Благодаря магнитному полю Земли, многие перелётные птицы, улетая зимовать в тёплые края, спокойно возвращаются домой, потому что чувствуют магнитное поле. Люди тоже научились ориентироваться на местности с помощью магнитного компаса, принцип работы которого основан на взаимодействии магнитов внутри него и магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли защищает нашу планету от активности солнечного ветра. Без такой защиты поверхность нашей планеты выгорела бы, а все живые существа погибли бы. Достигая верхних слоёв атмосферы Земли на высотах до 1000 км, потоки солнечного ветра с заряженными частицами встречаются с магнитным полем Земли и сталкиваются с молекулами и атомами воздуха, состоящего из разных газов, в результате чего происходит свечение газов в верхних слоях атмосферы – кислорода, азота, водорода. Эти свечения и есть полярные сияния. Магнитным полем эти частицы переносятся к полюсам, поэтому явление полярных сияний наблюдаются в основном вблизи полюсов, а северными их называют потому, что мы привыкли наблюдать их вблизи северного полюса. Вблизи южного полюса Земли также происходят полярные сияния, которые могут наблюдать жители Австралии и Антарктиды. В Антарктиде живут и работают полярники – это исследователи и учёные разных областей наук, работающие на полярных станциях в очень трудных условиях, т.к. температура воздуха там всегда очень низкая. Одними из постоянно действующих таких полярных станций являются российские станции Мирный и Восток.
Полярные сияния разнообразны по виду и яркости, в основном похожие на всполохи или висячие ленты. Чем сильнее вспышки на солнце, а следовательно и магнитная активность, называемая геомагнитными бурями, тем интенсивнее полярные сияния. При особой солнечной активности заряженные частицы проникают в более плотные слои атмосферы, вызывая полярные сияния на средних и даже низких широтах. Наблюдаются полярные сияния преимущественно в период с осени по весну и, как правило, в ночное время суток. Это связано в основном с расположением Солнца относительно линии горизонта Земли в это время. Да и на светлом небе сияние было бы просто не видно. В большинстве случаев полярные сияния видны в ясном небе в верхних слоях атмосферы и при наличии облачности вблизи горизонта, что придаёт многообразие этому явлению. По словам некоторых очевидцев, полярные сияния сопровождаются слабым шорохом, звуки которого ещё называют «шёпотом звёзд». Природа полярных сияний полностью не изучена и не вполне ясна.
Наблюдение за полярным сиянием в России
Ещё на Руси полярные сияния называли пазорями или сполохами. «Пазори» означало «зореподобные», а «сполохи» – бить в набат, т.е. подавать тревожный сигнал в колокол для сбора народа. М.В. Ломоносов в своих работах предполагал, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы.
Благодаря обширной географии с запада на восток и с севера на юг в нашей стране немало мест, где можно встретить полярное сияние. Как правило, его можно увидеть в регионах, близких к полярному кругу – это Мурманская, Архангельская области, Красноярский край, Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа. Для жителей Москвы и Санкт-Петербурга удобнее конечно же Мурманская область, куда не составит труда добраться как на самолёте и поезде, так и на автомобиле. Лучше отъезжать от больших городов, где полярное сияние можно рассмотреть более тщательно. Многие посещают Хибины – это крупнейший горный массив на Кольском полуострове, расположенном в Мурманской области за полярным кругом. Туда едут горнолыжники, альпинисты, рыбаки и любители пеших походов. Считается, что небо в горах самое ясное и чистое, поэтому полярное сияние здесь особенно красивое. Одним из самых популярных мест на севере России в Мурманской области для наблюдения за полярным сиянием считается село Териберка, расположившееся в устье одноимённой реки, при впадении её в Баренцево море. Инфраструктура в этом месте развита слабо и добраться, особенно зимой, бывает крайне трудно из-за снежных заносов и метелей. Но желание увидеть полярное сияние в чистом небе посреди практически дикой природы не перестаёт притягивать сюда тысячи туристов. На основании различных источников из сети интернета, на диаграмме (Рис. 3) показана интенсивность полярных сияний в Мурманской области в период с октября 2020 года по февраль 2021 года. Кр – показатель магнитной активности. Чем он выше, тем вероятнее появление полярного сияния и больше его интенсивность. Из диаграммы видно, что на протяжении всего этого времени сохранялась вероятность возникновения полярных сияний, но были и пиковые моменты, которые пришлись в основном на конец ноября и вторую половину февраля.
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исследование
2.1.1. Подготовительный этап
Подготовительным этапом проекта стала беседа с одноклассниками о полярных сияниях. В беседе приняли участие ученики моего 3 «Г» класса Барвихинской средней общеобразовательной школы в количестве
33 человек.
На одном из уроков мы вместе с учителем и ребятами обсуждали тему полярных сияний: знает ли кто-нибудь об этом явлении, где его можно встретить, может кто своими глазами мог его наблюдать. Я показывал фотографии с изображением полярного сияния, которые мне прислал мой дядя с места своей работы за полярным кругом в Ямало-Ненецком округе. Не смотря на то, что фотографии полностью не передают всю красоту этого природного явления, всё же удалось привлечь всех к обсуждению этой темы и произвести впечатление. Кроме этого, мы решили провести небольшой опрос, в котором было предложено ответить на вопросы, связанные с полярным сиянием. По результатам опроса (Рис. 4) можно увидеть, что большая часть опрашиваемых, 20 человек, слышали о таком явлении и знакомы с полярным сиянием в основном по картинкам в интернете, но не знают причины его возникновения, 8 человек смогли описать это явление, как оно выглядит и что увидеть его можно только на севере, 5 человек из класса впервые узнали о нём. Но исключительно все ответили, что хотели бы увидеть полярное сияние по-настоящему.
После беседы о полярных сияниях, стало понятно, насколько эта тема интересная и малодоступная для самостоятельного наблюдения, поэтому появилась идея наглядного изучения полярного сияния в домашних условиях. Проанализировав с родителями различные варианты получения полярного сияния в домашних условиях, мы поняли, что искусственно создать явление, близкое по своей природе, возможно только в лаборатории и при наличии специальных электрических приборов, применение которых дома было бы небезопасно. Поэтому мы задумались над получением лишь изображения, напоминающего полярное сияние. Однажды наше внимание привлекла ёлочная гирлянда, когда я случайно в темноте приблизил к ней увеличительное стекло. В результате этого мы заметили, как на потолке и стенах комнаты разными цветами стали переливаться огни гирлянды. Так родилась идея создания проектора, который смог бы излучать разноцветный пучок света, увеличенный при помощи лупы. А отделка проектора изнутри светоотражающим материалом, как в калейдоскопе, делает изображение более насыщенным и разнообразным.
2.2. Изготовление проектора
Изготовление проектора строилось из нескольких этапов:
Планирование общего вида проектора.
В основу создания проектора легли впечатления от просмотра фотографий с изображением полярного сияния.
Подготовка оборудования и материалов.
Для создания проектора мне понадобится: коробка, ножницы, канцелярский нож, лупа, цветная самоклеящаяся бумага, фольга, двусторонний скотч, бумажный скотч и ёлочная гирлянда.
Создание проектора.
Вначале мы вырезали в коробке отверстие для лупы и с помощью бумажного скотча закрепили её. Затем с помощью двустороннего скотча обклеили внутренние стенки коробки фольгой. С внешней стороны коробку задекорировали цветной самоклеющейся бумагой. Внутри разместили гирлянду, а провод от неё вывели наружу.
Адаптация проектора к демонстрации в классе.
При демонстрации проектора выяснилось, что помещение класса в дневное время не совсем подходит, так как, во-первых, оно достаточно большое для проекции изображения и, во-вторых, слишком светлое. Поэтому было решено поместить проектор в коробку, обклеенную внутри чёрной бумагой. На чёрном фоне изображение от проектора стало видно гораздо лучше.
Проведение презентации.
Мы с родителями подготовили презентацию с использованием всех материалов проекта. В классе с помощью проектора презентация была показана ребятам.
Вывод: результаты проекта оказались очень интересны моим одноклассникам. Изготовленный проектор можно в дальнейшем использовать как светильник для украшения домашнего интерьера. Интерес, вызванный к проделанной работе скорее всего связан с тем, что в любом человеке так или иначе заложено желание познать что-то неизведанное, особенно если это связано с загадками природы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полярные сияния одни из самых завораживающих явлений. Сегодня мы уже знаем о природе этого явления гораздо больше, чем в древности. Люди научились прогнозировать вероятность их возникновения. Восхищаясь красотой этого явления природы, мы не перестаём удивляться тому, насколько неповторим и неоднороден мир, который нас окружает. Создать что-то подобное искусственно иногда очень сложно, а иногда просто невозможно, так как ещё много неразгаданного и неизведанного. Изучение законов и явлений природы очень важно для человека. Это позволяет решать экологические проблемы, рационально использовать дары природы и делать прогнозы по предупреждению природных катаклизмов. Жить в гармонии с природой в любом уголке планеты – одна из немаловажных задач современного человека, а для этого очень важно научиться понимать язык природы.
Основной вывод: результаты проекта оказались очень интересны моим одноклассникам. Многие из них получили для себя новые знания. Изготовление подобных работ способствует развитию интереса к изучению окружающего мира и стремлению понять его со многих сторон.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Иллюстрированная энциклопедия маленьких почемучек, г. Киров, ИД «Владис», 2015 г.;
«Полярные сияния». Ю.Г. Мизун. Наука, 1983 г.;
Энциклопедия для детей. Астрономия. Аванта+. Москва,
Россия. 1997 г.;
http://north4you.ru/ Север для вас. 2020 г. Электронный ресурс;
http://hibiny.com/ Прогноз погоды в Мурманске, 2021 г. Электронный ресурс;
http://spacegid.com/ Северное сияние. 2021 г., Электронный ресурс;
https://chydesa-mira.ru/ Что такое северное сияние. 2020 г., Электронный ресурс;
https://SiteKid.ru/ Полярное сияние. 2020 г., Электронный ресурс.
ПРИЛОЖЕНИЕ I
Рис. 1
Рис. 2
|
ПРИЛОЖЕНИЕ II |
Рис. 3
ПРИЛОЖЕНИЕIII
Опросная анкета
|
1. Известно ли вам такое природное явление, как полярное сияние? |
|
2. Что вы знаете о полярном сиянии и где его можно увидеть? |
|
3. Приходилось ли вам когда-нибудь наблюдать полярное сияние? |
|
4. Хотели бы вы поехать на север, чтобы по-настоящему увидеть полярное сияние? |
Результаты опроса
Рис. 4