Предсказание погоды с помощью самодельного барометра

XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022

Предсказание погоды с помощью самодельного барометра

Михеев-Джан Е.М. 1
1МБОУ СОШ №4
Дворядкина В.Н. 1
1МБОУ СОШ №4
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1. Введение

1.1 Актуальность работы

Сейчас, как и тысячи лет назад, ничто не влияет столь заметно на жизнь каждого из нас, как погода — ее капризы и ее метаморфозы. У людей, к сожалению, по сей день нет (и, вероятно, никогда не будет) собственных, врожденных средств защиты от окружающих метеорологических условий [1].

Погода, климат — это условия обитания человека

Элементы погоды это: температура, давление, ветер, влажность воздуха, дальность видимости, осадки, облачность, которые зональны по своим проявлениям и взаимосвязаны. Каждый из представленных элементов погоды не является изолированным, а тесно взаимодействует с другими элементами. Более того, каждый элемент способен повлиять на другой элемент и изменить его характеристики. Например, температура воздуха напрямую влияет на атмосферное давление. В свою очередь атмосферное давление влияет на характеристики ветра и его направление. Ветер влияет на облачность, которая в свою очередь влияет на осадки. Осадки способны оказывать влияние на температуру воздуха. Таким образом, получается «круговорот» элементов погоды[3].

Атмосферное давление - это один из основных факторов, который определяет состояние погоды и влияет на самочувствие человека. Умение измерять атмосферное давление и предсказывать изменение погоды имеет большое практическое значение .

1.2.Постановка проблемы.

Так как прибор для измерения атмосферного давления приобрести трудно, меня заинтересовало, а существуют ли в природе «Живые барометры» - и можно ли с помощью их предсказать изменение погоды. В этом актуальность моей работы.

Цель работы: изучить растения – барометры, как естественные предсказатели погоды, познакомиться с народными приметами. Изготовить барометры из природного материала и выяснить насколько точно они предсказывают погоду, путем сопоставления метеопрогноза с поведением этих растений.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить литературу по данной теме, интернет источники

Изготовить природные барометры;

Провести наблюдения за работой природных барометров;

Сравнить показания природных барометров с прогнозом погоды в интернете и собственными наблюдениями

Объектом исследования являются растения, способные предсказывать погоду.

Предмет исследования: растения – барометры и возможность их использования для предсказания изменения погоды.

Практическая значимость. Так как мы проживаем в сельской местности, то материалы данного исследования можно использовать в частных хозяйствах для предсказания изменения погоды, что является очень важным при проведения с/х работ и сенокосе.

1.3.Методы исследования:

1.В ходе работы была использована, изучена и проанализирована такая литература по теме исследования как: И.И. Литинецкий «Барометры природы» М. Изд. «Детская литература» , 1982 г. стр.6, 131 -13 ; И.И. Литинецкий стр.21-23, 62-67 «Изобретатель - природа» Издательство "Знание" Москва 1986. Так же использованы интернет источники по проблеме: « Барометр – прибор для измерения атмосферного давления» https://ownlab.ru/2013/02/barometr-pribor-dlya-izmereniya-atmosfernogo-davleniya/; «Барометр из шишки – своя лаборатория» https://ownlab.ru/2013/07/barometr-iz-sosnovoj-shishki.)

2. Практические методы (моделирование, наблюдение и сопоставление) Осуществлялось наблюдение за растениями, произрастающими на территории школы, а так же на моем приусадебном участке. На основе теоретического материала и наблюдений были изготовлены барометры из природного материала. Описан принцип их действия. В результате их работы получены определенные предсказания. Сравнив показания барометров – природы с прогнозами погоды, замечено, что они достаточно точно предсказывают предстоящие осадки.

2. Результаты исследования

2.1. Зачем нужны барометры и что это такое?

Барометр - это прибор для измерения атмосферного давления. Атмосферное давление - это сила, с которой воздух давит на поверхность Земли и на все, находящиеся на ней тела. Слово «барометр» с древнегреческого языка переводится как «барос» — тяжесть и «метрос» — мерить. То есть измеритель давления. Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.) или в гектопаскалях (гПа). Первым, кто выдвинул идею создания прибора для предсказания погоды, был Галилео Галилей. Но дальше идеи его замыслы не пошли. Только в 1643 году его последователи и ученики Эванджелисто Торричелли и Винченцо Вивиани смогли воплотить в жизнь идею великого ученого. Торричелли стал первым, кто сумел доказать существование атмосферного давления. Он, вместе со своим помощником Вивиани, использовал для опыта запаянную с одного конца трубку, наполнив ее ртутью. Трубку погружали в сосуд, где также находилась ртуть. Сама ртуть поднималась в трубке на определенную высоту, при этом над ней образовывалось пустое пространство. При увеличении атмосферного давления вещество в трубке поднималось вверх, при понижении опускалось. Сконструированный Торричелли прибор стал первым ртутным барометром[5]. Барометры принято распределять на жидкостные и механические. Жидкостные работают на принципе, замеченным Э. Торричелли при проведении опыта, связанного с атмосферным давлением. С изменением атмосферного давления изменяется ртутный столб в барометре. Прикреплённая к трубке с ртутью шкала показывает данные о давлении.

Механический барометр, который ещё принято называть анероидом, работает следующим образом: устройство барометра–анероида состоит из специальной чувствительной коробочки внутри прибора. В ней находится разреженный воздух. В зависимости от степени атмосферного давления, гофрированная коробочка, уменьшаясь или увеличиваясь, приводит в движение зависимую от нее стрелку. Она, в свою очередь, указывает текущее значение [4].

2.2. Бионика.

Недавно на помощь метеорологии пришла новая наука — бионика. И это закономерно. Во-первых, как справедливо отметил известный советский ученый академик Е. К. Федоров, «метеорология превратилась в столь важную для всех науку, что о ее будущем должны думать и заботиться сейчас не только метеорологи». Во-вторых, когда человек истощает весь запас своей изобретательности, он неминуемо обращается к природе за новым вдохновением, за новыми идеями, ведь нам нужно возможно скорее решить такую крупную, сложную, ответственную задачу, как точное прогнозирование[2]. Какими же возможностями сегодня располагает бионика, чтобы оказать действенную помощь метеорологии? Что она конкретно может сделать по осуществлению извечной мечты человечества, о которой более двухсот лет назад великий Михаил Ломоносов писал: «Человеку ничего не оставалось бы требовать от бога, если бы он научился правильно предсказывать погоду».Большое внимание уделяют бионики изучению синоптических способностей растений. Цель исследований много-планова: установить связи между сложными реакциями, протекающими в растениях, и изменениями погоды, выявить в растительном мире патентоспособные идеи для инструментальной метеорологии, разработать новые бионические методы управления ростом, повышения урожайности растений. Растения, деревья, цветы появились на нашей планете задолго до животных. Влажность почвы, тепло солнечных лучей, движение земных недр, холод льда, прикосновение человеческих рук и шмелиных крыльев - все это чувствуют растения. Они отзываются на множество явлений природы, протекающих вблизи и вдали от их листьев, корней, усиков[2 ].

2.3. Живые барометры.

Мы зависим от погоды и стараемся, строя свои планы, внимательно изучить прогноз на завтра и ближайшие дни. И рыбалка, и выезд на пикник, и поход за грибами в пасмурную и дождливую погоду нравится не всем. А огородные хлопоты в ненастье делают их вовсе пустыми. Телевизионный метеопрогноз, прогнозы на различных сайтах в Интернете могут не только кардинально отличаться друг от друга, но и совершенно не соответствовать обещанному. Все очень просто – погода может разительно отличаться на расстоянии нескольких километров. Тот самый классический барометр чувствует изменение давления на расстоянии до 400 км, а нам-то нужен совсем небольшой клочок земли, где можно с комфортом и удовольствием провести время, не кутаясь и не надевая дождевики [2].

На сайтах можно поинтересоваться прогнозом на выбранное нами место и выбрать, в конце концов, то предсказание, которое больше всего понравится, – и верить в него, и радоваться, если прогноз сбылся. Но природа сама полна предсказателями погоды, стоит лишь внимательно прислушиваться к их советам. А советов и подсказок таких множество. Все эти природные барометры не рассказывают об актуальной погоде, а лишь проявляют тенденцию в возможном изменении погоды.

Помощниками человека в предсказании погоды стали десятки видов растений, в том числе и лекарственных. Растения в своем эволюционном развитии “научились” чутко реагировать на перемены в погоде и приспосабливаться к неблагоприятному периоду. Малейшее изменение влажности воздуха мгновенно улавливается этими чуткими организмами даже в том случае, если оно не может быть отмечено чувствительным прибором [2].

Человек давно заметил, что растения чутко реагируют на изменения внешней среды и могут дать дополнительную информацию его органам чувств, могут заметить то, что не под силу нашим органам чувств. Чтобы расширить диапазон своих ощущений, человек сделал многие растения пособниками своих восприятий. Листая страницы книги Ермолова "Народного погодоведения",[8] можно убедиться, что с незапамятных времен растения служили человеку оракулами погоды. По их поведению люди научились строить довольно правильные долговременные прогнозы погоды [8].

За поведением растений, люди научились строить довольно правильные долговременные прогнозы. Движением листьев и цветков предупреждают людей о предстоящих изменениях погоды и многие злостные сорняки. За примером далеко ходить не надо. Наблюдая за растения на нашем приусадебном участке я заметил, что чувствительны к изменениям погоды цветки ноготков и ипомеи. На небе ещё ни облачка, а эти цветки уже плотно сложили свои лепестки, словно увяли. Значит, быть скоро дождю.

Всем хорошо известен полевой вьюнок, в народе его еще называют «березка». Этот назойливый многолетний сорняк с вьющимся стеблем встречается не только в поле, но у нас в саду и в огороде. И всюду, где бы он ни рос, служит «прогнозистом»: я заметил, что перед хорошей погодой широко раскрывает свои цветки-граммофончики и аккуратно закрывает их перед дождем (приложение 1 рис.1)

Хорошо несет службу погоды довольно частый незваный гость на огородах - мокрица, небольшое, из семейства гвоздичных, одно-двух-летнее растение со стелющимися или слегка приподнимающимися стеблями и мелкими овальными листочками. Цветки у мокрицы маленькие, с тонкими белыми, разделенными надвое лепестками, выглядят как крохотные изящные звездочки. Отсюда ботаническое название растения — звездчатка средняя. Мокрица — растение-космополит. Далеко не все знают, что мокрица способна довольно точно показывать время дня и предсказывать погоду. Наблюдениями установлено: если цветки мокрицы раскрылись в девять часов утра и остались открытыми до шестнадцати часов, это значит, что и завтра погода будет хорошей. Но если маленькие белые цветки мокрицы не раскрылись с утра в обычное время — днем надо ждать дождя. Растение как бы бережет свои цветочки и их пыльцу от губительных ударов дождевых капель. Реакция цветков мокрицы довольно чуткая: независимо от того, какая с утра стоит погода, закрытые цветки всегда указывают на дождь. Мокрица цветет с апреля до поздней осени. Таким барометром можно пользоваться все лето[1].

Верным барометром служат орляк и страусник — растения из папоротнико -вых. Страусник растет у нас на приусадебном участке. Наблюдая за ним, я заметил, что папоротник - «метеоролог» действует листьями, которые у него называются ваями. Перед плохой погодой листья -ваи загибаются вверх, а перед хорошей закручиваются вниз (приложение 1, рис.2).

Чувствительно реагирует на предстоящие изменения погоды можжевельник. Древесина можжевельника чутка к изменению погоды. Годичные слои можжевельник по-разному впитывают влагу. В сухую погоду нижние слои просыхают, и очищенный от коры сучок выпрямляется, а при увеличении влажности слои набухают, и сучок наклоняется. Влажность увеличивается — сук сгибается; наступает сушь — сук распрямляется»[1].

Аналогичными, но еще более ярко выраженными синоптическими способностями обладают ели: они опускают свои ветви перед дождем и поднимают вверх перед ясной погодой. Наблюдательные сибиряки-таежники издавна по состоянию кроны елей довольно точно определяют предстоящую погоду, мастерят из еловых ветвей барометры для домашнего пользования.

Оказывается, способность реагировать на погоду сохраняется и в сухом дереве, у засохших еловых ветвей [1]. Бионический подход к изучению синоптических способностей растения сулит, как считают некоторые ученые, в обозримом будущем создать чудо-барометр, который будет прогнозировать погоду на целый сезон и более[2].

3. Практическая часть.

Приступая к практической части, я подумал, что если ель и можжевельник чувствительно реагирует на предстоящие изменения погоды, то возможно пихта и туя будут реагировать так же. Так как на территории нашего села ель не произрастает, я решил изготовить самодельные барометры из сосновой шишки, пихтовой ветки и ветки туи и понаблюдать, как они будут реагировать на изменение погоды, сравнить их показания с метеосводками.

3.1 Барометр из сосновой шишки.

Сосновая шишка имеет округлую форму, покрытую чешуйками, внутри содержатся семена. Природа так задумала, чтобы в наиболее подходящий момент шишки раскрылись: когда воздух теплый и сухой, шишка раскрывает свои чешуйки и семена высыпаются, если же идет дождь и холодно, то чешуйки шишек плотно сжимаются, не давая семенам выпасть и сгнить. Данное поведение связано с тем, что семена способны прорасти лишь при сухой и теплой погоде. Именно эта особенность сосновой шишки завоевала ей репутацию одного из наиболее надежных предсказателей погоды – самодельного барометра [7]. Эксперимент проводился в течение двух недель. Я взял на улицы в школьном дворе под сосной шишки, принес их в кабинет географии и пронумеровал . В течение двух недель я фиксировал температуру, давление и влажность в комнате где проводилось наблюдение, и при помощи сантиметровой ленты измерял объем шишек по самому широкому месту (приложение 1. Рис.3 и 4). В результате, проведённого мной исследования, я выяснил, что чешуйки шишек реагируют на изменение температуры и влажности среды, в которой они находятся. Пока они находились на улице, при низких температурах и повышенной влажности, чешуйки были практически закрыты. Поместив шишки в домашние условия, при комнатной температуре, чешуйки стали раскрываться. Таким образом, можно сделать вывод, что атмосферное давление не влияет непосредственно на раскрытие чешуек шишек. Они реагируют на изменение влажности и температуры окружающей среды. Находясь на улице, шишки живут по законам природы, изменение атмосферного давления влечёт изменение влажности и температуры.

Затем я изготовил барометр.

Для этого я взял сосновую шишку, скотч и стебель травы. Прибор должен работать, основываясь на том, что чешуйки сосновых шишек прижимаются плотно друг к другу при влажном воздухе и наоборот раскрываются в сухую погоду. Шишку следует выбирать покрупнее – показания барометра из такой шишки будут более точными. Стебелек травы (он будет служить нам стрелкой) нужно взять потоньше и подлиннее. Чем длиннее стебель, тем, опять же, будут точнее измерения. Однако нужно выбрать золотую середину между длиной травинки и ее массой – она должна быть легкой. Я обрезал излишки и прикрепил при помощи воска травинку к одной их чешуек шишки. [6]. Для удобства снятия показаний такой барометр я прикрепил в своем саду на ствол грецкого ореха, привязав к ней шишку скотчем (приложение 1, рис.5). Шкалу я делать не стал – просто расположил стрелку (травинку) вертикально и отметил при помощи маркера её положение. В первый день, посмотрел прогноз погоды на сайте, обещали дождь. В результате нескольких часов наблюдений за таким барометром было замечено небольшое отклонение стрелки влево в 20.00 , т.е. шишка начала закрываться, указывая на дождь. Слабый дождь пошел в 3 часа ночи. Утром стрелка приняла прежнее положение, а ближе к обеду сместилась вправо, указывая на ясную погоду (приложение 1, рис. 6 и 7). Ну и в заключении хочу отметить, что прогноз такого сделанного своими руками барометра полностью оправдался — ночью пошел дождь. Так что барометр из шишки — вполне работоспособный прибор и его можно использовать для прогнозирования погоды.

3.2 Барометры из из пихтовой ветки и ветки туи

Данные барометры я изготовил используя способность хвойных деревьев опускать свои ветви перед дождем и поднимать их перед ясной погодой [1].

Я взял 25-30-сантиметровый отрезок сухого ствола пихты вместе с веткой 30-35 см, очистил ее от коры и прикрепил выпиленную часть ствола к стене веранды, так, чтобы на неё не попадало солнце (приложение 1, рис. 5). Ветка должна находиться в таком состоянии, чтобы при опускании вниз ее свободного конца (перед ненастьем) и поднятии вверх (к ясной погоде) перемещалась параллельно стене-экрану, не задевая ее. Для удобства возле кольца ветки -"стрелки" я прикрепил надписи "ясно", "переменно", " дождь". Точно такой же барометр я сделал из ветки туи, но прикрепил его под навесом на стену сарая (приложение 1, рис. 7 и 8).

В течение нескольких недель я наблюдал за обоими барометрами и установил, что за один-два дня даже перед незначительным изменением погоды веточки обоих растений реагировали слабым отклонением от положения в период покоя. Причем движение их начиналось уже за три – четыре дня, как погода изменится. Ветка опускается перед ненастьем, поднимается при ясной погоде. Существенные изменения погоды эти нехитрое приспособление предсказывает за 8-12 ч, иногда и за более длительный срок.

Если конец ветки из положения «переменно» примерно за сутки опускается вниз на один-два сантиметра, то это означает, что будут слабые осадки. А если он опускается еще на два-три сантиметра ниже, то это свидетельствует, что будет сильный и продолжительный дождь. В том случае, когда от положения «переменно» сучок поднимается вверх примерно на пять сантиметров, следует ожидать ясную, сухую погоду (приложение 1, рис. 7 и 8).

Сравнивая показания барометров, я убедился, что они работают синхронно, предсказывая изменение погоды, разница в том, что барометр из сосновой шишки показывает изменение погоды за несколько часов, а барометр из пихтовой ветки и ветки туи - за несколько дней. Таким образом я убедился, что не только ветки ели, но и ветки других хвойных растений (пихты и туи) способны реагировать на изменение погоды.

Сравнивая показания барометров с метеопрогнозом на сайте «Яндекс - погода» я заметил, что метеопрогноз на сайте не всегда соответствует действительности и не всегда совпадает с показаниями барометров из природного материала (таблица 1)

Таблица 1. Сравнение показания барометров из природного материала и метеопрогноза с сайта Яндекс – погода.

дата

Метеопрогноз

показания барометра из пихтовой ветки

показания барометра из ветки туи

показания барометра из еловой шишки

Погодные явления

17.06

температура +31

влажность 37 %

давление 760

без осадков

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

стрелка отклонилась вправо на 1 см.

без осадков

18.06

температура +32

влажность 45 %

давление 7 58

без осадков

сучок в положении «переменно»

сучок в положении «переменно»

стрелка отклонилась немного влево на 1 см

в 15.00 пошёл кратковременный дождь

19.06

температура +32

влажность 45 %

давление 758

без осадков

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

стрелка отклонилась вправо на 0.5 см

без осадков

20.06

температура +32

влажность 46 %

давление 751

стоит гроза на вечер

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

сучок загнулся вверх (положение «ясно»)

стрелка отклонилась вправо на 1 см

дождя и грозы не было.

21.06

температура +34

влажность 51%

давление 710

стоит дождь с 15.00

сучок немного загнулся вниз в положение «дождь»

сучок немного загнулся вниз

в положение «дождь»

стрелка в 20.00 отклонилась влево на 1 см.

дождь пошёл слабый в 3 часа ночи.

22.06

температура +25

влажность 51%

давление 710

стоит дождь с 15.00

сучок в положении «переменно»

сучок в положении «переменно»

стрелка отклонилась немного вправо на 1, 5 см

дождя не было

23

температура +23

влажность 65 %

давление 707

дождь на 15.00

сучок немного загнулся вниз в положение «дождь»

сучок немного загнулся вниз

в положение «дождь»

стрелка значительно отклонилась влево (на 2 см)

слабый дождь пошёл в 15.30 и закончился в 17.00

25.06

температура +25

влажность 68 %

давление 718

дождь стоит на вечер

сучок немного загнулся вниз в положение «переменно»

сучок немного загнулся вниз в положение «переменно»

стрелка немного отклонилась (на 1 см) влево

дождя не было

26.06

температура +17

влажность 76 %

давление 710

дождь стоит на весь день

сучок загнулся вниз в положение «дождь»

сучок загнулся вниз

в положение «дождь»

стрелка значительно отклонилась влево (на 4 см)

Дождь пошёл с 12 часов дня .

Выводы.

Наблюдая за растениями, изучая литературу я получил объемную и разнообразную информацию о природе. Природные объекты, особенно растения, чутко реагируют на изменения погоды. Наблюдая за растениями, изучая различную литературу, я получил интересную информацию о природе и узнал много нового.

Многовековой опыт народа подтвердился: приметы, связанные с изменениями поведения растений при смене погоды действуют и сейчас. Для меня стало открытием, что по растениям можно прогнозировать изменение погоды, можно определить – какая погода будет сегодня завтра. И считаю, что такие знания всегда помогут человеку в экстремальной ситуации. Работая над данной темой, я рассказал только о незначительной части растений, способных делать прогноз погоды. Изучив разные информационные источники, изготовил природные барометры из разных материалов. Для их изготовления я использовал природный материал: сучки хвойных деревьев, шишки сосны. Сравнив показания барометров, с прогнозом погоды в интернете и своими наблюдениями я выяснил, что все природные барометры достаточно точно предсказывают наступление осадков. Барометры из природного материала (сосновой шишки, ветки туи и пихтовой ветки) - вполне работоспособные приборы и их можно использовать для прогнозирования погоды не только на своем участке, но даже в походных условиях

Литература источники.

1.И.И. Литинецкий «Барометры природы» М.изд. «Детская литература» , 1982 г. стр.6, 131 -135

2. И.И. Литинецкий стр.21-23, 62-67 «Изобретатель - природа» Издательство "Знание" Москва 1986 г.

3. Метеорологические элементы погоды https://rosobrnauka.ru/nauki-o-prirode/opredelenie-termina-pogoda-kakie-meteorologicheskie-elementi-kharakterizuyut-pogodu.html (дата обращения 15.06.2022)

4. Барометр – прибор для измерения атмосферного давления https://ownlab.ru/2013/02/barometr-pribor-dlya-izmereniya-atmosfernogo-davleniya/ (дата обращения 16.06.2022)

5. Барометр. https://delta-design.ru/stati/32098-barometr.html (дата обращения 16.06.2022)

6. Барометр из шишки – своя лаборатория. https://ownlab.ru/2013/07/barometr-iz-sosnovoj-shishki/ (дата обращения 16.06.2022)

7.«Самодельный барометр. Домашняя метеостанция» https://www.tavika.ru/2015/06/barometr.html (дата обращения 15.06.2022)

8. Ермолов А.С. "Народное погодоведение" https://rusinst.su/docs/books/A.S.Ermolov-Narodnaya_mudrost_v_poslovicah.pdf(дата обращения 17.06.2022)

приложение 1.

Рис 7. Барометр из ветки туи.

Просмотров работы: 17