XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Школьный прогноз погоды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Юрковец В.П. 1

---

1СШ №1 города Кличева

Ольшевская А.В. 1

---

1СШ №1 города Кличева

Работа в формате PDF

1.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Два года назад я со своей учительницей запустила в инстаграм-аккаунте (соцсеть признана экстремистской и запрещенной на территории России, заблокирована РКН) нашей школы рубрику «Школьный прогноз погоды». Рубрика выходила каждый будний день в семь часов утра. В ней мы рассказывали, какая погода ожидается на сегодня в городе Кличеве. Неожиданно для нас рубрика стала весьма популярной и собирала по 600-700 просмотров в день.

Для нашего «Школьного прогноза погоды» мы использовали данные, взятые на сайте Gismeteo.by.

Мне стало интересно, как же составляется прогноз погоды. С этим вопросом я обратилась к нашему учителю, и она предложила мне посетить метеорологическую станцию, которая функционирует в нашем городе.

После этой экскурсии я решила создать свой метеорологический пункт и расположить его на школьном дворе, для того, чтобы в нашей рубрике использовать собственные полученные данные для описания погоды.

Гипотеза: возможно создать собственную метеорологическую станцию из подручных средств, которая будет описывать и прогнозировать погоду на данной местности.

Цель: создать метеорологическую станцию, используя подручные материалы; описывать и прогнозировать с ее помощью погоду на территории нашего города.

Исходя из цели были поставлены следующие задачи:

- создать метеорологические приборы из подручных материалов;

- определить точность полученных приборов;

- определить, можно ли их использовать для описания и прогнозирования погоды.

Объект исследования: метеорологическая станция из подручных материалов.

Предмет исследования: метеорологические приборы из подручных материалов и определение их точности.

В ходе работы мы использовали следующие методы исследования:

– сбор материала и изучение литературы;

– поиск информации в Интернете;

– моделирование (изготовление приборов);

– ведение метеодневника наблюдений;

– сравнение и анализ;

– мониторинг.

Актуальность работы: для того, чтобы узнать важен или нет прогноз погоды для учителей, учащихся нашей школы и их родителей, а также что им известно о том, кто и как составляет метеопрогноз, я провела опрос в инстаграме среди подписчиков аккаунта школы (58.9% подписчиков составляют взрослые, как правило, это учителя и родители, 41.1% - учащиеся школы).

Были заданы следующие вопросы:

• Как часто Вы пользуетесь прогнозом погоды?

• На какие данные прогноза погоды Вы обращаете свое внимание в первую очередь?

• Знаете ли Вы, что такое метеостанция?

• Нужна ли нашей школе собственная метеостанция?

Проанализировав полученные ответы (Приложение А), я пришла к выводу, что прогнозом погоды пользуется большинство подписчиков, причем ежедневным. 95% опрашиваемых важны температура воздуха и осадки. Практически все знают, что такое метеостанция, и считают, что она необходима для нашего учреждения образования. Это еще раз подтверждает актуальность и значимость данной работы.

ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

1.1 Возникновение метеорологической станции

С древнейших времен человек с особым интересом наблюдал за погодными явлениями, которые происходили в природе. Со временем он стал замечать, что некоторые из них повторяются при одинаковых обстоятельствах. Он стал их запоминать. Так и появились народные приметы. Несмотря на изменения климата, некоторыми из них мы пользуемся до сих пор.

В Средние века с развитием судоходства одних примет стало недостаточно. Люди стали нуждаться в прогнозе погоды. Это и привело к возникновению метеорологических станций.

Первая метеорологическая станция была создана в Италии в 1654 году сразу после изобретения термометра и ртутного барометра.

1.2 Кличевская метеорологическая станция №29

А на территории Беларуси первая станция появилась 213 лет назад в городе Могилеве [1, с.302-303]. На сегодняшний день в нашей стране их 56. Для удобства метеостанции разделены по областям и каждая из них имеет свой порядковый номер.

Метеорологическая станция нашего города носит порядковый номер 29. Расположена она на северо-западной окраине г.Кличева на открытом ровном месте и работает по программе станций второго разряда (рисунок 1.1). В состав станции входит метеорологическая площадка, где находится большинство приборов. Это приборы для измерения направления и скорости ветра, осадкомер, почвенные термометры, а также психометрическая будка с термометрами, гигрометрами и другими приборами. В служебном здании ведется обработка наблюдений, а также находятся барометры, регистрирующие части дистанционных приборов, переносные приборы. Наблюдения проводят каждые три часа. Полученные данные передаются в государственную сеть наблюдений Белгидромет.

Рисунок 1.1 – Кличевская метеорологическая станция №29

Сотрудники Кличевской метеорологической станции №29 познакомили меня с оборудованием, которое они используют, чтобы наблюдать за погодой и ее изменениями. А также рассказали о принципах их работы.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Я стала искать способы изготовления метеоприборов в домашних условиях. Некоторые приборы мною были созданы, следуя инструкциям, описанным в учебной литературе [3, с.104-105], которую я нашла в библиотеке, некоторые – нашла в интернете [2]. Я решила создать для своего метеопункта следующие приборы: барометр из банки и барометр из лампочки, гигрометр, осадкомер, флюгер, анемометр и термометр.

2.1 Барометр

Барометр – это прибор для измерения атмосферного давления.

Нормальное атмосферное давление – это давление воздуха, которое человек не ощущает, потому что оно уравновешивается его внутренним давлением. За нормальное атмосферное давление на территории нашей страны принято считать величину в 740 миллиметров ртутного столба. Если атмосферное давление ниже этого значения, то ожидаются осадки. А если выше, то прогнозируют ясную погоду.

За основу барометра взяла пол-литровую стеклянную банку и воздушный шарик. Надела шарик на горлышко банки, сильно натянув его и закрепив канцелярской резинкой. Чуть-чуть отступив от середины горлышка банки, приклеила на шарик трубочку для сока с помощью скотча. Это стрелка моего прибора. Рядом с банкой установила лист картона. Это шкала нашего барометра (Приложение Б). Затем нанесли на шкалу отметку положения нормального атмосферного давления и проградуировала шкалу, используя лабораторный барометр. Если на улице будет повышенное атмосферное давление, то шарик будет прогибаться внутрь, а стрелка подниматься вверх. Если атмосферное давление будет пониженным, то давление воздуха в банке будет больше, чем на улице. Значит шарик будет выгибаться, а стрелка опускаться.

Я решила исследовать, будет ли зависеть чувствительность моего прибора к изменению атмосферного давления в зависимости от материала, используемого для него. Для этого заменила шарик на банке на одноразовую перчатку, а потом на пищевую пленку. Результаты исследований показали, что для одних и тех же условий (при одно и том же давлении) большей чувствительностью обладает более тонкая мембрана, в нашем случае, пищевая пленка (таблица 2.1.1). А это значит, что данный прибор будет более точно измерять атмосферное давление, с меньшей погрешностью.

Таблица 2.1.1 – Исследование зависимости чувствительности прибора от используемого в нем материала

2.2 Барометр из лампочки

Для создания своего барометра я освободила лампу накаливания от внутренностей, налила туда 60 миллилитров воды, а в пробке просверлила отверстие размером в 1 миллиметр. Закрыла лампочку и сделала для нее подставку, чтобы она не упала (Приложение Б). Под действием атмосферного давления, температуры окружающей среды и влажности воздуха на стенках лампочки появляется конденсат, который может быть разной формы и плотности. По нему и прогнозируют погоду.Если на стекле много мелких капель, значит в ближайшее время (около 2 часов) начнется дождь. Если дождь на улице идет, а конденсата нет, значит в ближайшее время погода измениться на ясную или малооблачную, и дождь прекратиться.

2.3 Гигрометр

Гигрометр –это прибор, который измеряет влажность воздуха.

В качестве гигрометра я решила использовать обыкновенную еловую шишку. На уроках биологии нам рассказывали, что когда на улице сухо, то шишка раскрывается. А когда сыро и влажно – закрывается.

Я закрепила шишку на отдельном стержне своей конструкции. На одну из чешуек клеевым пистолетом прикрепила тонкую проволоку, которая будет служить стрелкой прибора. Приклеила к конструкции лист картона с картинкой, аналогичной, как и у барометра. Движение стрелки будет прогнозировать солнечную или пасмурную погоду, а также уровень влажности воздуха (Приложение Б). Я проверила работу своего гигрометра с помощью фена и увлажнителя воздуха. При нагревании шишка раскрывается и стрелка движется в направлении солнышка на картинке. После того, как шишка повисит над увлажнителем, стрелка, прикрепленная к ней, начинает двигаться к облачку на картинке.

Проведенные мною наблюдения показали, что шишка пригодна для описания влажности воздуха и прогнозирования ясной или пасмурной погоды.

2.4 Осадкомер

Осадкомер – это прибор, который определяет количество выпавших осадков.

Я решила сделать осадкомер из пластиковой пробирки и обрезанной пол-литровой пластиковой бутылки. Из бутылки я получила воронку, которая будет собирать выпавшие осадки в пробирку. На экскурсии мне рассказали, что количество выпавших за сутки осадков измеряется в миллиметрах. Поэтому к пробирке на двухсторонний скотч я приклеила заламинированную бумажную миллиметровую линейку, чтобы она не повредилась во время выпадения осадков (Приложение Б). Пробирку я закрепила на отдельном переносном стержне, который своим острым концом помещался в землю, чтобы мой прибор мог стационарно измерять количество выпавших осадков в течение суток.

Я поинтересовалась у сотрудников метеостанции, как определяется количество выпавших осадков в зимний период. Узнала, что метеорологи различают два понятия: высота снежного покрова и количество выпавших осадков. При этом 1 миллиметр снега приравнивается к 1,5 сантиметрам снежного покрова. Поэтому количество осадков, выпавших в виде снега, я решила измерять метровой линейкой, взятой в кабинете физики и записывать при этом в свой метеодневник количество осадков, выпавших в виде снега (в миллиметрах).

2.5 Флюгер

Флюгер – это прибор, определяющий направление ветра.

У флюгера два конца. Один узкий, в виде стрелки, который вращается и показывает направление ветра. Второй – более широкий. Он разворачивается в противоположную сторону.

Из картона я вырезала одну стрелку шириной и длиной по 5 сантиметров, а другую шириной 5 сантиметров и длиной 2 сантиметра. В трубочке для сока с обоих ее концов я сделала надрезы по 1 сантиметру и вставила стрелки. Простой карандаш с ластиком и трубочку соединила швейной булавкой. Для того, чтобы определить направление, карандаш закрепила со школьным компасом на отдельном стержне (Приложение Б).

2.6 Анемометр

Анемометр – это прибор для измерения скорости ветра.

Для создания анемометра мне понадобились три упаковки от бахил, которые я разделила пополам, получив при этом шесть полусфер, одну из которых я обмотала черной изолентой. Также для создания своего прибора я использовала тонкую пластиковую палочку от воздушного шарика, которую разделила на шесть равных частей. Соединив полусферу от упаковки бахил и палочку, я получила своеобразный ковш, который будет собирать воздух. На отдельном стержне своей конструкции я разместила пустую катушку для ниток и прикрепила к ней на одинаковом расстоянии шесть получившихся ковшей.

Когда дует ветер, он приводит ковши в движение. Они начинают вращаться по кругу. Анемометр измеряет скорость ветра, а значит показывает, сколько сантиметров «пробегает» каждый ковш за секунду (Приложение Б). Для удобства я выделила один из них изолентой, чтобы наблюдать за ним и измерять его скорость.

Когда ковш пробегает круг, он проходит путь, который можно посчитать. Для этого нужно умножить 3,14 и длину отрезка от одной полусферы до другой, проходящего через центр катушки (т.е. диаметр окружности, по которой движутся ковши). Сделав это, я получила величину, равную 31,4 сантиметра. А это составляет 0,314 метра.

Испытать свой анемометр я решила сразу в классе. Для этого использовала вентилятор. Когда прибор пришел в движение, я засекла при помощи секундомера время и по ковшу другого цвета отсчитала, когда он пробежит 10 кругов. Каждый круг – это 0,314 метра. Значит путь ковша составляет 3,14 метра. А зная путь и время можно найти скорость (v = S: t).

2.7 Термометр

Для своего метеопункта я решила сделать водный термометр. Для этого мне понадобилась литровая стеклянная бутылка, трубочка для сока и пластилин. В крышке от бутылки я сделала отверстие, чтобы в него плотно входила трубочка. Пластилином закрепила трубочку у верхнего края крышки. Затем заполнила бутылку до краев водой, предварительно окрасив ее в черный цвет. Воду я подкрасила для того, чтобы ее движение в трубочке было более заметным. Затем собрала свою конструкцию (Приложение Б).

На картоне я сделала отметку первоначального уровня воды в трубочке. Измерив температуру воды бытовым термометром, определила, что эта отметка соответствует 20 градусам Цельсия. Дальше я стала наблюдать за движением воды в трубочке. Через некоторое время ее уровень стал немного выше. Вода нагрелась и стала такой же температуры, что и воздух в классе – 21 градус Цельсия. Я сделала соответствующую отметку. Затем я включила тепловентилятор, направив поток воздуха на бутылку. Через некоторое время уровень воды в трубочке значительно повысился, и я сделала соответствующую отметку. С помощью бытового термометра снова определила температуру воды. Она была 25 градусов Цельсия. Измерив расстояние от первой до последней отметки, я разделила его на пять равных частей, каждая из которых соответствовала одному градусу. Так я получила шкалу для нашего термометра, цена деления которой 1 градус Цельсия.

Я получила водный термометр, нижний предел измерения которого составляет 20 градусов Цельсия. Таким прибором я смогу воспользоваться лишь тогда, когда температура воздуха будет не ниже 20 градусов Цельсия. В других случаях вода в трубочке не поднимется выше уровня крышки в бутылке. Поэтому мною было принято решение использовать полученный термометр в весенне-летний период и создать масляно-спиртовой термометр с расширенными верхними и нижними границами измерения.

В качестве основы для будущего термометра я использовала шприцы и трубки для капельницы, которые надела на шприцы и герметично заклеила клеем в месте насадки. В аптеке мои родители приобрели мне этиловый спирт, который я набрала в один из шприцов, а во второй – машинное масло. Затем запаяла трубки сверху. Шприцы я приклеила к картону, на который нанесла метку нахождения спирта и масла, и соответствующую температуру в кабинете в данный момент. Аналогично предыдущему прибору, я проградуировала шкалу термометра (Приложение Б).

Этиловый спирт замерзает при температуре от минус двадцати до минус тридцати градусов Цельсия, а машинное масло – от минус тридцати градусов Цельсия. Значит, в зимний период использование такого термометра становится возможным. Для проверки верности своей градуировки в зоне отрицательных температур я использовала холодильник и бытовой термометр. И убедилась в том, что мой прибор может измерять как положительную, так и отрицательную температуры.

Спирт – вещество, более чувствительное к перепадам температур, нежели машинное масло. Но, несмотря на то, что все трубки герметично спаяны, спирт все равно через некоторое время частично испаряется, что приводит к тому, что он выдает пониженную температуру. Поэтому я решила сделать масляно-спиртовой термометр, чтобы следить за правильностью измерения спиртового термометра при помощи масляного (их показания должны совпадать) и вовремя его обновлять.

ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

Все изготовленные приборы я разместила на переносной панели, получив таким образом мобильный метеопункт (рисунок 3.1). Для проведения сравнительного анализа работы моих метеоприборов и точности их измерений рядом с ними я установила лабораторные измерительные приборы (термометр, барометр) и домашнюю метеостанцию, определяющую направление и скорость ветра, влажность воздуха, количество выпавших осадков и температуру.

Рисунок 3.1 – Школьный мобильный метеопункт

В течение 28 дней я проводила измерения с помощью своих и лабораторных приборов на одном и том же месте – в центре школьного футбольного поля. Поскольку это была самая открытая и ровная местность на территории школы. Полученные данные я записывала в метеодневник (рисунок 3.2). Я решила, что буду использовать в своем метеодневника специальные условные синоптические знаки (Приложение В).

Рисунок 3.2 – Метеодневник

С помощью метеодневника я сравнила данные полученные моими и лабораторными приборами, а также описание погоды на территории города Кличева, полученное на сайте belgidromet.by (Приложение Г – Ж) [4].

Я сделала следующие выводы:

1. Показания барометра, сделанного из банки, и показания лабораторного

барометра совпадали практически всегда (96,5%), что свидетельствует о том, что мой барометр весьма точный. Прибор дает возможность предсказать повышение или понижение атмосферного давления за 12 – 24 часа (Приложение Г).

2. Барометр, изготовленный из лампочки, предсказал облачность

(влажность) и наличие осадков 25 дней точно и 3 раза с высокой степенью точности (90%), в отличие от belgidromet.by (Приложение Г). На сайте совпадение было менее точное: 22 раза из 28 (80%).

3. Показания моего флюгера, показания домашней метеостанции и прогноз

направления ветра, взятый на сайте belgidromet.by, совпали 25 раз из 28, что составило почти 90% (Приложение Г). Значит, изготовленный мною флюгер – весьма точный метеоприбор.

4. Показания моего термометра не всегда совпадали с показаниями лабораторного термометра и данными сайта, но были близки по значению (Приложение Д). Сравнить прогноз температуры с температурой, которую я фиксировала, оказалось весьма затруднительно. Потому, что прогноз — это средний показатель в течение суток, а я измеряла температуру один раз в день. Поэтому сравнивать такие результаты нельзя. Но я могла сравнить их с показаниями лабораторного термометра. Полное совпадение наблюдалось 6 раз (21,4 %), в остальных случаях наблюдались незначительные отклонения – плюс, минус один градус Цельсия.

5. Показания школьного анемометра совпали с показаниями лабораторного

анемометра и данными сайта полностью в 4 случаях из 28 (14%), в 17 случаях (60,7%) – практически полностью (на 90%) (Приложение Г). Я связываю это с погрешностями в вычислениях.

Хотя показания не всегда совпадали, но были близкими по значению, что свидетельствует о точности прибора.

6. Сравнительный анализ точности измерений школьного осадкомера,

показаний домашней метеостанции и прогноза belgidromet.by можно условно разделить на 2 этапа: с 13 ноября по 26 ноября, с 27 ноября по 10 декабря (Приложение Г).

В период с 13 ноября по 26 ноября количество выпавших осадков я измеряла с помощью изготовленного из мензурки осадкомера. В 50% случаев показания моего, лабораторного осадкомера и прогноз belgidromet.by совпали, в остальных случаях были очень близки по значению.

В период с 27 ноября по 10 декабря наблюдались осадки в виде снега.

Количество выпавших осадков определялось с помощью линейки. Показания снегомерной линейки, домашней метеостанции и прогноза belgidromet.by совпали полностью на 36%. В остальных случаях – были близки по своему значению. Я связываю такой большой процент несоответствия с тем, что производить измерение высоты снежного покрова нужно несколько раз в день и брать среднее значение, ведь в некоторые дни наблюдалась положительная температура в определенные часы суток, что приводило к таянию снега и уменьшению высоты снежного покрова.

7. Гигрометр школьного метеопункта, предсказал выпадение осадков и

ясность погоды, а также повышенную или пониженную влажность 26 дней абсолютно точно и 2 дня с высокой степенью точности (95%) (Приложение Д).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Самыми точными приборами оказались флюгер, барометр из банки, барометр из лампочки, гигрометр. Менее точными приборами – осадкомер, анемометр, термометр. Сравнивая показания своих приборов и лабораторных, а также прогноз погоды на сайте belgidromet.by, я пришла к выводу, что показания приборов точны на 80-90%. А значит, они могут быть использованы для прогнозирования погоды.

Процент совпадений прогноза изменения давления, облачности, влажности воздуха, направления ветра, возможного выпадения осадков у моих приборов выше, чем дает прогноз belgidromet.by. А прогноз по барометру из банки и барометру из лампочки дает возможность предсказать изменения погоды за 12 – 24 часа.

Моя гипотеза подтвердилась: создать метеорологическую станцию из подручных средств, с помощью которой возможно не только описывать, но и прогнозировать погоду на отдельной местности, возможно.

Теперь в нашей школе есть собственный мобильный метеопункт. А рубрика «Школьный прогноз погоды» выходит в обновленном формате, где мы рассказываем о погоде в нашем городе, используя собственные наблюдения и измерения.

Практическое применение созданного мной метеорологического пункта в нашей школе не ограничивается рубрикой «Школьный прогноз погоды» в инстаграм, также он нашел применение:

• на уроках физики. Метеоприборы используются при изучении таких тем, как «Давление», «Молекулярная физика», «Тепловое расширение тел», «Свойства жидкостей и газов», «Влажность воздуха. Относительная влажность воздуха»;

• на уроках географии при изучении темы «Атмосфера», где мы знакомимся с географическими явлениями и процессами, которые происходят в атмосфере. Учащиеся наблюдают за погодой с помощью метеоприборов; учатся измерять температуру, давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество выпавших осадков; строить графики температуры и облачности, розы ветров и т.д.;

• поскольку мой метеопункт мобилен, то он используется в походах, при изучении и исследовании природных явлений, процессов, изучении погодных и климатических особенностей отдельных территорий нашего района;

• на уроках биологии при изучении биоритмов человека, влиянии изменения погоды на функциональные возможности организма;

• на уроках учебного предмета «Человек и мир» в начальных классах

с помощью метеоприборов ребята учатся вести наблюдения за погодой, изучают связь живой и неживой природы, агрегатные состояния и круговорот воды в природе;

• и, конечно же, метеопункт – это место, где можно разрабатывать и

реализовывать исследовательские проекты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. «Природа Беларуси: энциклопедия в 3 т. Т.2 Климат и вода» / редкол.: П77 Т.В. Белова [и др.]. – Минск: Беларус. Энцыкл. Імя П. Броўкі. – 2010. – 504 с.

2. Как изготовить метеорологические приборы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikihow.com/изготовить-метеорологические-приборы. – Дата доступа: 19.12.2021.

3. Л.Д. Вайткене «Научные эксперименты по физике для детей и взрослых» / Л.Д. Вайткене, К.С. Аниашвили. – Москва: Издательство АСТ, 2019. – 127 с.

4. Государственное учреждение "Республиканский центр по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.belgidromet.by/ru/.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Результаты опроса подписчиков аккаунта школы №1 города Кличева

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Условные синоптические знаки для барометра-лампочки

Условные знаки и обозначают поднятии или опускании стрелки барометра-банки. Если стрелочка маленькая – изменения атмосферного давления незначительные (не более 5 мм. рт. ст.), большая стрелочка – значительные (5 и более мм. рт. ст.). Нормальное атмосферное давление в Кличеве составляет 740 мм. рт. ст.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Сравнение изменений атмосферного давления по барометру из банки, лабораторному барометру, по показаниям на сайте belgidromet.by

Сравнение измерений атмосферного давления по барометру из лампочки, по показаниям на сайте belgidromet.by

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Сравнение измерений направления и скорости ветра школьных флюгера и анемометра, показаний домашней метеостанции и прогноза на сайте belgidromet.by

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Сравнение данных, полученных метеоприборами (изготовленными самостоятельно), лабораторными приборами и данными на сайте belgidromet.by при помощи графиков

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Школьный гигрометр определяет лишь характеристику влажности (высокая или низкая), но не может определить ее величину. На графике в качестве высокой влажности для школьного гигрометра я использовала величину в 70%, в качестве низкой – 40%.