XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Гроза и ее след на Земле

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кулибин Т.А. 1

---

1МОУ СОШ 32 имени академика А.А.Ухтомского

Азеева Г.Н. 1

---

1МОУ СОШ 32 имени академика А.А.Ухтомского

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Строки«Люблю грозу в начале мая…»великого русского поэта Ф. И. Тютчева знают все. А любите ли вы грозу? С таким вопросом мы обратились к горожанам. Только 8% опрошенных знакомых разделяют любовь поэта к данному природному явлению, а остальные боятся. 45% респондентов опасаются грозы, когда находятся дома, а 55% приходят в ужас, когда стихия застаёт их на улице. Больше всего людей пугают вспышки молний (64%). Раскаты грома вызывают страх у 9% горожан, а гром и молния - у 27% респондентов. (Прил.1)

Актуальность исследования. Надо ли бояться грозы? Как действовать, когда она началась? Как не допустить экологической катастрофы?

Гипотеза исследования. Предполагаю, что во время грозы, именно молния, являясь электрическим разрядом, способна навредить человеку, животным, растениям, материальному имуществу.

Объект исследования: Гроза и молния

Предмет исследования: влияние грозы и молнии на окружающую среду

Цель работы: изучить природу возникновения грозы и выяснить её влияние на человека, растения и животных

Задачи:

• узнать, как образуется молния;

• выяснить, чем опасны молнии;

• определить правила безопасности во время грозы;

• создать интерактивную игру «Если началась гроза…»

• познакомить одноклассников с результатами исследования.

Методы исследования: 1)изучение литературы по данной теме; 2)использование интернет ресурсов;3)опрос;4) анкетирование;5)экскурсия; 6) опыты; 7) наблюдение

Основная часть

1. Что такое гроза?

   1. Анкетирование

Чтобы узнать осведомлённость ребят по теме моего исследования, 22 одноклассникам были заданы вопросы:

• Что такое гроза?

• Чем опасно это природное явление?

• Что делать, если тебя застала гроза?

Выяснилось, что все ребята понимают, что гроза – это ненастье с дождём, громом и молнией. 13% из них не знают, почему она опасна. Во время грозы может произойти пожар, так считают 27% ребят. 55% сообщили, что молния способна убить, а 5% - что гром может оглушить. При грозе нельзя прятаться у одиноко стоящего дерева (100%), находиться у воды (50%), держаться за металлические предметы (68%), надо закрывать дома окна (23%) (Прил.2). Других правил безопасности одноклассники не знают, но проявили интерес к данной теме.

1. 2. Как образуется гроза?

Заглянув в Большую советскую энциклопедию, выяснили, что гроза – это атмосферное явление, при котором внутри облаков или между ними и земной поверхностью возникают электрические разряды – молнии, сопровождаемые громом.

Чтобы понять, как образуется гроза, мы поехали в музей Эйнштейна (Прил.3). Там узнали, что источник грозы – это нагретый солнцем влажный слой воздуха у поверхности земли. Он поднимается высоко вверх и там довольно быстро охлаждается. На небе появляется кучевое облако. Внутри него происходит активное движение. Частицы пара превращаются в капли, а затем в льдинки. Они сталкиваются на большой скорости, попутно заряжаясь энергией. Маленькие льдинки идут вверх, заряжаясь положительным зарядом, большие капли опускаются вниз – они уже отрицательно заряжены. При столкновении этих зарядов получается электрический ток. А сталкиваются они так часто, что начитают светиться как газ в неоновой лампе. При этом в атмосфере возникает канал очень сильно нагретого воздуха с температурой до 30 000 градусов по Цельсию и диаметром около 1 см. По нему, как по проводу, и протекает ток. В итоге человек видит «зигзаг» молнии. Горячий воздух в канале, возникший под действием электрического тока, расширяется, образуя резкий порыв ветра. Его мы и воспринимаем как звук. Этот звук называют громом. А так как звук распространяется в воздухе медленнее, чем гаснет свет, то мы слышим гром лишь спустя некоторое время. Пример: едущий вдали поезд мы сначала видим, а только потом слышим. С громом и молнией работает аналогично.

1. 3. Практическая часть

      1. Гроза в домашних условиях

Чтобы наглядно увидеть, как образуется гроза, дома мы провели три опыта (Прил.4).

Опыт № 1 (Прил.4-1). Выключив свет, мы расчесали пластмассовой расческой шерсть нашей собаки. Послышался лёгкий треск, и промелькнула искра. После этого расчёска стала притягивать бумажки.

Опыт № 2 (Прил.4-2). В тёмной комнате мы попросили брата снять джемпер. Услышали слабое потрескивание и увидели искорки.

А вот когда джемпер стали снимать при дневном свете, увидели, как волосы приподнялись и потянулись вслед за джемпером. Ещё обнаружили, что снятый джемпер притягивается к оставшейся на брате рубашке.

Опыт № 3 (Прил.4-3). Мы приготовили два воздушных шарика, надули их и завязали. Выключили свет. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натёрли их шерстяной тряпочкой. Когда мы шарики сблизили, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха стали проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышали слабое потрескивание.

Выводы:

• Как в электрической батарейке, тела с разными зарядами притягиваются

друг к другу. Во время их соприкосновения происходит электрический разряд.

• Воздух между телами (расчёской и шерстью; джемпером и волосами; двумя шариками) электризуется, вызывая мини разряд, подобный молнии. Колебание воздуха между ними вызывает треск, имитируя миниатюрную копию раската грома.

• Молния может образовываться не только внутри тела (облака), но и между телами, то есть между облаками, а также между облаком и землёй. Для её разряда нужна электризация этих тел (туч или земли).

• Чем крупнее тела (два облака, облако и земля) – тем больше искра (молния).

1. 1. 2. Определение дальности грозового фронта

В июле 2024 отдыхая на природе, мы обратили внимание на признаки приближающей грозы. Решили вычислить, используя таймер на телефоне, как далеко находится грозовой фронт.

1 способ. С ним знакомились на уроках окружающего мира. Как только мы увидели свет молнии, засекли время до раската грома: 8 секунд. Это время разделили на 3. Получилось 2,6 км до эпицентра грозового фронта.

2 способ. Его мы нашли в интернете. Засекли время между увиденной молнией и услышанным громом. Затем его умножили на 335. 8 х 335 = 2 680 м. Значит, расстояние до точки удара молнии 2 км 680 м.

1. 1. 3. Мониторинг гроз в окрестностях Рыбинска

В 2024 году первая гроза в Рыбинске разразилась ближе к ночи 1 апреля. Неожиданно рано. Считаю, что её причина - аномальное тепло для этого времени года, когда температура воздуха поднялась до + 20 градусов. Мы стали вести статистику гроз в городе за 2024 год. Оказалось, что в апреле этого года над Рыбинском прошло четыре грозовых фронта (Прил.5). Подняли статистику по грозам с 2020 года, воспользовавшись данными аэродрома (Прил.6). Интересно, что в 2021 году первая гроза в Рыбинске тоже была 1 апреля. Проанализировав информацию, увидели, чаще всего грозы начинаются всё-таки в мае. Их активность возрастает в июле. Это доказывает, что для формирования грозового фронта воздух над поверхностью Земли должен быть очень тёплым.

2. Молния

   1. Молния – электрический разряд

В древности люди считали грозу проявлением божественной силы. Они верили, что гроза – это гнев богов, наказание за плохие поступки. А молния – это угрожающее оружие, которое, которое они используют для уничтожения врагов.

Угроза при грозе исходит от молнии, так как она является электрическим разрядом, возникающим при сильной электризации туч или земли. Первым это попытался доказать Бенджамин Франклин. Для этого во время грозы он запускал воздушный змей со связкой ключей на проволоке. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке.

Чтобы больше узнать об электрической природе молний, мы с одноклассниками поехали в Леонардо парк. Оказывается, что изучением электрических разрядов молний занимался Никола Тесла. Он внёс существенный вклад в углублении знаний об атмосферном электричестве, создав устройство для производства электрических токов. Оно предназначалось для передачи электрической энергии на расстояние без проводов. Устройство состояло из двух проводниковых катушек, которое и было названо в честь учёного – катушкой Тесла. В Леонардо парке с помощью катушек Тесла мы приняли участие в создании электрических спецэффектов – красочных фиолетовых молний. Мы увидели, что разряды на катушке бывают трёх видов: коронные, дуговые и искровые, мощность разряда которых разная (Прил.7). И в природе разряды молний тоже могут выглядеть по-разному – от линии до шара. Типичная молния длится около 0,25 секунды и состоит из 3-4 разрядов.

Ещё мы наглядно увидели, что металлы, вода и тело человека являются проводниками электрического тока. Так что разряда молнии стоит бояться. Не проводят электричество резина, пластмассы, стекло, янтарь, бумага. Их и используют для защиты от электрических разрядов.

1. 2. Зачем создают искусственные молнии?

Учёные доказали, что энергии одного удара молнии хватит, чтобы несколько месяцев освещать частный дом. Но проблема в том, что разряд нельзя просто поймать в банку и расходовать постепенно. Поэтому учёные создают искусственные молнии в лабораториях и уже применяют их на практике. Например, в Манчестерском университете с помощью разрядов электричества тестируют на живучесть самолёты и дроны. Московские учёные используют искусственные молнии для повышения урожайности зерновых. Семена пшеницы после контакта с такой молнией становятся сверхплодородными и устойчивыми к морозам, что позволяет фермерам отказаться от вредных химических удобрений.

3. Чем опасна гроза и молния?

   1. Влияние на человека

В ходе опроса горожан, мы выяснили, что только 17% из них чувствуют себя перед грозой и во время неё хорошо. Респонденты старшего возраста отметили боли в суставах (25%), повышение артериального давления (25%), головную боль (17%) и приступы бронхиальной астмы (8%)(Прил.8). Обратившись за разъяснениями к своим родителям-врачам, узнал, что гроза влияет на всех людей без исключения. Так как при грозе меняется атмосферное давление, и возникают электромагнитные поля. А это, значит, что у людей с сердечно - сосудистыми заболеваниями действительно ухудшается самочувствие. Понижение атмосферного давления перед грозой ведёт к повышению давления внутри больного сустава, и он начинает болеть. У метеозависимых людей может болеть голова. С повышением концентрации пыльцы растений в воздухе при грозе учащаются приступы бронхиальной астмы. Но особенно уязвимы перед этим природным явлением дети, беременные женщины, пожилые люди и пациенты с различными хроническими заболеваниями.

Как мы уже выяснили, тело человека является проводником электричества, поэтому грозы опасны для жизни людей. По статистике, каждый год в мире от атмосферного электричества погибают около 6 000 человек. 28 июля 2024 года все новостные телеканалы России сообщили о поражении молнией в московском парке «Патриот» сразу четырёх человек, причём одного – смертельно. А в Зимбабве в 1975 году был зафиксирован случай, когда только один разряд молнии убил более 20 человек.

1. 2. Влияние на животных

Животные тоже боятся грозы. Наша собака дома всегда прячется в тёмное место. У знакомых кошки начинают метаться по квартире. Из энциклопедии узнал, что животные чувствуют вибрацию земной коры и по ней определяют мощность грозового фронта. Например, птицы за один-два дня до грозы улетают из опасных мест. И другие животные стараются покинуть зону бедствия. Тем, кому это не удалось, ищут безопасное место под деревьями, в норах, которое может оказаться смертельной ловушкой. Так, во время грозы в Чили молния попала в дерево, убив стадо коров. Статистика гибели домашних и диких животных от гроз не ведётся. Но она гораздо выше статистических данных жертв людей. Особенно, если учесть количество диких животных, которые гибнут от лесных пожаров, возникающих из-за гроз.

1. 3. Влияние на растения

      1. Какие деревья выбирает молния?

О том, что грозовая молния чаще других деревьев поражает дуб, заметили ещё наши предки. Недаром у славян дуб считался деревом Перуна — бога грома и молний. По статистике на дуб приходится 50% всех попаданий молнии в деревья. За ним следует тополь с 24% попаданий. Третье и четвертое места занимают ель и сосна с показателями 10% и 6% соответственно (Прил. 9). Реже всего страдают кустистые деревья - орешник, акация, бузина. Почему молния выбирает дуб? Во-первых, дуб — это высокое дерево, доминирующее над окружающими. Во-вторых, его крона довольно раскидистая и конец каждой ветки служит точкой притяжения для электрического разряда. В-третьих — корневая система дуба доходит до грунтовых вод и пропитывает ствол влагой. Он становится отличным проводником разряда молнии.

Большой вред деревьям наносят сухие грозы. Сухая гроза — гроза, которая наблюдается без осадков или при минимальном их количестве. Возникает при высокой температуре (выше 30 °C) и низкой относительной влажности воздуха (обычно менее 30 — 40%). Осадки при этом не успевают достичь поверхности земли, испаряясь в атмосфере. Молнии в таких условиях часто становятся причиной крупных пожаров, а сопровождающий грозу сильный ветер способствует быстрому распостранению верхового огня.

1. 1. 2. Исследование дерева, поражённого молнией

Как выглядит дуб, поражённый молнией, мне однажды удалось увидеть во время прогулки (Прил.10). Он стоял на краю леса, рядом росли другие деревья. На стволе дуба была расщеплена кора, виднелись следы «ожогов» в виде протяжённых зигзагов и полос.

4. Как защититься во время грозы?

Удары молний опасны. Молния движется к земле самым коротким путём, поэтому ударяет в высокие объекты. А из двух объектов одинаковой высоты – в тот, который является лучшим проводником. Как же защититься от молнии?

На промышленных предприятиях, высотных домах, детских учреждениях создаются молниеотводы, с помощью которых заряд молнии уводится в землю по специально подготовленному безопасному пути. Молниеотвод нужен и дачным домам. Подробно изучив его устройство, мы создали макет дома, обезопасив его от грозы молниеотводом (Прил.11). А вот для защиты особо пожароопасных объектов — например космодромов, крупных месторождений газа и нефти, атомных электростанций учёные предложили разряжать грозовые облака искусственной молнией.

А если молниеотвода в доме нет? А если гроза застала на улице? Чтобы уберечься от молнии, следует соблюдать меры предосторожности. Для этого мы создали подробную памятку «Если началась гроза…» (Прил.12). В неё включили разделы «Дом», «Улица», «Лес», «Водоём», «Транспорт». Эти же разделы мы использовали в интерактивной игре-викторине, которую создали для младших школьников.

Заключение

В процессе исследования я узнал, что гроза – это действительно одно из самых опасных для окружающей среды природных явлений. Она связана с развитием кучевых облаков и скоплением в них большого количества электричества. Молния, являясь мощным электрическим разрядом, может разрушить здание, вызвать пожар, нанести вред здоровью людей и животных и даже лишить их жизни. Сухие грозы несут огромную опасность для природы, выжиная целые лесные массивы. Моя гипотеза доказана.

Чтобы избежать угрозы для здоровья и жизни, каждому человеку необходимо знать и выполнять правила безопасности во время грозы.

Результатами исследования я поделился с одноклассниками, мы подробно разобрали каждый пункт нашей памятки «Если началась гроза…» и в заключении провели интерактивную викторину с одноимённым названием. Оказалось, что все ребята хорошо усвоили правила безопасного поведения при грозе. (Прил.13). А значит, цель моей работы достигнута.

Список литературы

1. Большая Советская Энциклопедия: в 30 т. / гл. ред. А.М. Прохоров. – М. : Сов. энцикл., 1970-1981. – 30 т.

2. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Мир загадочного. – М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ»; ООО «Издательство Астрель», 1999. – 448 с.

3. Я познаю мир: Дет. энцикл: Физика / Под общ. ред. О. Г. Хинн. – М.: ТКО АСТ», 1996. – 480 с.

4. https://dzen.ru/a/W5vO2n_TugCq_gJ2

5. https://journal.tinkoff.ru/guide/flashlight/

6. https://mo-lomonosov.ru/articles.php?article_id=2108

Приложение

Приложение 1. Результаты опроса горожан

8 %

55%

9%

27%

Приложение 2. Результаты анкетирования одноклассников

5%

13%

27%

Приложение 3. В музее Эйнштейна

Приложение 4. Гроза в домашних условиях

П риложение 4-1. Опыт с расчёской и шерстью собаки

Приложение 4-2. Опыт с джемпером

Приложение 4-3. Опыт с двумя воздушными шариками

Приложение 5. Календарь дней с грозами за 2024 г.

Приложение 6. Мониторинг грозовых фронтов в Рыбинске за 5 лет

Приложение 7. Катушка Тесла. Виды разрядов

Приложение 8. Влияние грозы на здоровье человека

8%

17%

17%

25%

Приложение 9. Статистика попаданий молнии в деревья

6 %

10 %

10 %

24 %

П риложение 10. Дерево, поражённое молнией

Приложение 11. Макет дома с молниеотводом

Приложение 12. Памятка

Приложение 13. Вопросы для интерактивной викторины «Если началась гроза…» по категориям