XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Штормгласс – домашняя метеостанция

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Хаиров М.О. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Нестерова И.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

700.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Каждый день перед тем, как выйти на улицу, мы с мамой смотрим прогноз погоды, чтобы понять, что одеть. Прогноз погоды интересует практически всех. Погода влияет на живой и растительный мир, на деятельность человека, на его здоровье и самочувствие. Метеочувствительным людям помогает заранее подготовиться к ухудшению самочувствия [3].

Погода может задержать отправление поездов и самолётов. Из-за густого тумана, снежных бурь, гололедицы на аэродроме нелётная погода, а автомобилистам нужно быть аккуратными на дорогах. Заморозки могут повлиять на посев урожая. Сводку погоды ждут рыбаки и геологи, путешественники и садоводы, строители и учёные. Ну а если приближается шторм, землетрясение, ураган или наводнение, людей предупреждают об этом немедленно, так как существует угроза их жизни [4]. Поэтому очень важно знать, какая будет погода. В этом заключается актуальность моей работы.

Узнать погоду в настоящее время очень просто, можно посмотреть прогноз по телевизору или в приложении «Погода» в телефоне. Для того, чтобы получить эти сведения, погоду измеряют с помощью специальных приборов на метеостанциях и площадках, расположенных во всех регионах страны, а также с помощью метеоспутников и метеозондов, запущенных в космос [1, 7]. Изучая эту тему в интернете, я узнал о таком приборе как Штормгласс. Меня очень заинтересовал этот прибор, я решил изготовить его в домашних условиях и узнать, правда ли по нему можно прогнозировать погоду.

Цель: выяснить возможность прогнозирования погоды с помощью штормгласса.

Гипотеза: сделанный в домашних условиях штормгласс предсказывает погоду.

Задачи:

изучить разные методы прогнозирования погоды;

изучить историю происхождения штормгласса;

выяснить технологию приготовления штормгласса;

изготовить щтормгласс в домашних условиях;

провести наблюдения;

сделать выводы.

Методы:

изучение литературы и информационных источников;

фотографирование;

эксперимент;

наблюдение;

анализ данных.

Основная часть. Как мы узнаем про погоду.

2.1 Народные приметы

Люди всегда хотели знать какая будет погода, в том числе и для того, чтобы вовремя собрать или посеять урожай или начать другие земледельческие работы. Когда еще не было современных технологий, люди пользовались приметами.

Для краткосрочных прогнозов ряд народных примет вполне применим. И этому есть научное обоснование. Приведем несколько примеров [2].

Ласточки низко летают – к дождю.

Накануне дождя в воздухе повышается влажность, и крылышки мошек и прочих мелких насекомых, которыми питаются ласточки, становятся тяжелее, им трудно подняться до привычной высоты полета. А птицы всего лишь ищут себе пропитание.

Красный закат – летом к ветреной погоде, зимой – к морозу.

На закате световым лучам приходится преодолевать больший слой атмосферы, которая, как фильтр, рассеивает все цвета, кроме устойчивого к помехам красного. Перед непогодой ухудшается прозрачность атмосферы, а увеличившаяся скорость ветра поднимает в воздух гораздо больший объем пыли, она и помогает нам лучше видеть красное свечение.

Лягушки громко квакают – к ясной погоде, тихо – к дождю.

Оказывается, лягушки – настоящие барометры. У них перед дождем даже цвет кожи меняется, появляется сероватый оттенок или желтый (к ветру). Их организм заранее готовится к меняющимся погодным условиям.

Воробьи купаются в пыли, в песке – к дождю.

Когда воробьи устраивают себе пыльные ванны, кувыркаясь и посыпая себя песком, они действительно проводят таким образом гигиенические процедуры, избавляются от паразитов-пухоедов. Иначе к зиме останутся гол как сокол, то есть без перьев. Почему накануне дождя? Вероятнее всего, что из-за сниженного атмосферного давления вредоносная живность активничает, и воробьи, не выдержав зуда, чистят перышки.

Перед дождём садовые цветы обычно закрываются.

Это связано с быстрым ростом влажности. Растения таким образом защищают пыльцу от намокания и смывания.

Солнце на закате садится в облаках – жди дождя.

Как это объяснить: тепловые процессы в атмосфере заканчиваются после обеда, образуя облака. Ветер должен их разогнать, но если этого не произошло, и во время заката горизонт весь в тучах и слоисто-перистых облаках, будет ненастье.

2.2. Приборы для определения погоды

Для измерения различных погодных показателей используют разные метеорологические приборы, с помощью которых определяют температуру воздуха, измеряют влажность, скорость и направление ветра, солнечную радиацию, производят контроль осадков и других параметров [6]:

Термометр привычный прибор для измерения температуры воздуха и воды (прил. рис. 1).

Гигрометр - прибор для измерения влажности воздуха в окружающем пространстве (прил. рис. 2).

Барометр - прибор для измерения атмосферного давления (прил. рис. 3).

Анемометр - прибор для измерения силы и скорости ветра (прил. рис. 4).

Облакомер - прибор для определения высоты нижней границы облаков (прил. рис. 5).

Термограф - прибор, задача которого непрерывно регистрировать и записывать температуру воздуха и воды (прил. рис. 6).

Флюгер - прибор, с помощью которого каждый может определить направление ветра в данный момент. Чаще всего его крепят на крышах небольших домов (прил. рис. 7).

Метеозонд - устройство, находящееся в атмосфере для измерения ее параметров: давления, температуры, влажности. По траектории движения зонда и его скорости на разной высоте оценивают силу и направление ветра (прил. рис. 8).

Метеоспутник - один из видов искусственных спутников, выполняющий метеорологические наблюдения, с его помощью получают из космоса метеорологические данные. На борту спутника находятся приборы, позволяющие осуществлять мониторинг температуры на поверхности планеты, а также вести мониторинг облачного и снегового покрова (прил. рис. 9).

Метеорологическая станция – это учреждение, в задачи которого входит наблюдение за погодой, регистрация метеорологических изменений и составление прогноза и синоптической карты погоды. На площадке метеорологической станции располагаются все необходимые приборы для измерения погодных условий (прил. рис. 10).

История изобретения штормгласса.

В переводе с английского «шторм-гласс» означает «штормовые склянки». Кто точно изобрел этот прибор неизвестно. Одним из первых его описал английский учёный, гидрограф, капитан Роберт Фицрой. Под его командованием корабль гидрографической экспедиции «Бигль» совершил пятилетнее кругосветное плавание. В 1862 году Фицрой опубликовал «Книгу о погоде». В ней, среди остального, он описал и штормгласс, которым пользовался в кругосветке и других морских путешествиях. Штормгласс часто стали называть барометром Фицроя [5].

Штормгласс — химический метеорологический прибор, представляющий собой герметично закрытую стеклянную колбу или ампулу (прил. рис. 11). Прозрачный сосуд заполнен спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра. При разных погодных условиях жидкость в сосуде может быть в разной степени мутной или прозрачной, в ней выпадает кристаллический осадок, возникают узоры разных форм и размеров. По состоянию жидкости на основе многолетних наблюдений можно предсказывать погоду.

В книге «30,000 тысяч новейших открытий, рецептов, общеполезных практических сведений…» А. Делениуса выложены известные, выработанные за многие годы характеристики, по которым можно понять, что означает то или иное состояние жидкости в штормглассе:

«Прозрачная жидкость предвещает ясную погоду, мутная — дождь. 

Мутная жидкость с маленькими звёздочками — грозу. 

Маленькие точки — туман, сырую погоду. 

Большие хлопья для зимы — снег, летом — покрытое небо, тяжёлый воздух.

Нити в верхней части жидкости — ветер. 

Кристаллы на дне — густой воздух, мороз. 

Маленькие звёздочки — зимой при ясной погоде — снег на другой или третий день. 

Чем выше зимой поднимаются кристаллы, тем сильнее будет стужа» [5].

Исследовательская часть. Штормгласс в домашних условиях.

Я решил в домашних условиях изготовить штормгласс.

Цель: изготовить данный прибор в домашних условиях для подтверждения гипотезы.

В интернете можно найти несколько разных рецептов изготовления штормгласса. Был выбран следующий рецепт [8]:

10 г камфоры (D-изомера или натуральной);

2,5 г калийной селитры (нитрата калия)

2,5 г нашатыря (хлорида аммония)

33 мл дистиллированной воды

40 мл спирта.

Так как у меня была свободная стеклянная емкость на 200 мл, я решил взять всех составляющих в 2 раза больше, поэтому окончательный рецепт выглядит следующим образом:

20 г камфоры (D-изомера или натуральной)

5 г калийной селитры (нитрата калия)

5 г нашатыря (хлорида аммония)

66 мл дистиллированной воды

80 мл спирта.

Процесс изготовления штормгласса:

Купили в интернет-магазине все необходимые составляющие для будущего штормгласса, а именно камфору, нитрат калия, хлорид аммония, дистиллированную воду и медицинский спирт (прил. рис. 12 и рис. 13).

Чистота приобретенных химических веществ:

- камформа: 96,0 %;

- нитрат калия: 99,8%

- хлорид аммония: 99,8%.

На весах взвешены все компоненты (прил. рис. 14).

Затем при комнатной температуре соли (нитрат калия и хлорид аммония) растворили в воде, а камфору – в спирте. После этого оба раствора соединили в приготовленной чистой стеклянной емкости (прил. рис. 15). Емкость предварительно была вымыта и высушена. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! Работать с химическими составляющими необходимо в присутствии взрослых. Камфора обладает сильным специфическим запахом. После проведения эксперимента необходимо обязательно проветрить помещение!

Я оставил штормгласс до следующего утра. На следующий день я обнаружил, что раствор абсолютно прозрачный, поэтому еще добавил примерно 10 миллилитров дистиллированной воды в раствор до появления небольшого количества хлопьев, чтобы они тонким слоем покрывали дно стеклянной емкости.

Осадок выпадает с каждой добавленной каплей, но до определенного момента камфора растворяется, таким образом, необходимо добавить такое количество воды, чтобы камфора перестала полностью растворяться, и на дне образовался осадок.

В случае, если осадка слишком много, необходимо добавлять спирт.

Затем проклеил горлышко бутылки эпоксидным клеем для герметичности. Штормгласс готов, можно переходить к наблюдениям.

Мои наблюдения за штормглассом представлены в приложении в Таблице 1.

Выводы: я заметил, что при изменении температуры за окном меняется состояние жидкости в изготовленном мною в домашних условиях штормглассе. При теплой солнечной погоде жидкость в штормглассе прозрачная, осадок на дне практически растворяется (прил. рис. 16). При похолодании начинают образовываться красивые кристаллы в виде елочек, при сильном похолодании кристаллы занимают большую часть штормгласса (прил. рис. 17).

Заключение

В результате своей исследовательской работы я сделал штормгласс и смог понаблюдать как он работает.

В процессе работы я узнал:

Что камформа растворяется в спирте и имеет очень сильный специфический запах.

Что калийная селитра (нитрат калия) и нашатырь (хлорид аммония) хорошо растворяются в воде.

Что штормгласс действительно можно создать в домашних условиях.

Что при изменении температуры за окном меняется состояние жидкости в штормглассе, например, при похолодании в смеси камфоры, спирта, калийной селитры, нашатыря и воды появляются красивые кристаллы в виде елочек.

Моя гипотеза доказана, цель и задачи достигнуты.

Список используемой литературы

Астапенко, П.Д. Вопросы о погоде / П.Д. Астапенко. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1987. – 392 с.

Десять народных примет, связанных с погодой. - https://wi-fi.ru/news/aqg4t7HpnRm8-10-narodnyh-primet-svyazannyh-s-pogodoy-kotorye-realno-rabotayut.

Зачем человек нужно знать прогноз погоды. - https://travelask.ru/questions/85196-zachem-cheloveku-neobhodimo-znat-prognoz-pogody-privedite-ko.

Как предсказывают погоду. - https://razviwaika.ru/kak-predskazyvayut-pogodu-uchebnik-s-34-35.

Мамаев, О. Погода в маленьком флаконе. /О. Мамаев // Наука и жизнь. - 2015. – Журнал. - № 6. - С.81-86.

Метеоприборы для наблюдения и измерения погоды. - https://сезоны-года.рф/метео.html.

Угрюмов, А. Когда пойдет дождь? Занимательная метеорология / А. Угрюмов. — Москва: Изд-во ОЛМА Медиа Групп, 2014. — 127 с.

Штормгласс – Википедия. - https://ru.wikipedia.org/wiki/Штормгласс.

Приложение.

Рис. 1 Термометры

Рис. 2 Гигрометры

Рис. 3 Барометры

Рис. 4 Анемометр

Рис. 5 Облакомер

Рис. 6 Термограф

Рис. 7 Флюгер

Рис. 8 Метеозонд

Рис. 9 Метеоспутник

Рис. 10 Метеорологическая станция

Рис. 11 Штормгласс

Рис. 12 Компоненты будущего штормгласса.

МЕДИЦИНСКИЙ СПИРТ

Рис.13 Компоненты будущего штормгласса.

МЕДИЦИНСКИЙ СПИРТ

Рис. 14 Взвешивание компонентов.

Рис. 15 Готовый штормгласс.

Таблица 1 Наблюдение за штормглассом.

Рис. 16 Штормгласс в теплую солнечную погоду.

Рис. 17 Штормгласс при резком похолодании.