XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Штормгласс. Домашняя метеостанция
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мы живем в эпоху современных технологий, основная задача которых это внедрение новаторских, эффективных решений в развитие всех сфер человеческой деятельности, начиная с обыденной жизни каждого и заканчивая внедрением разработок в промышленном производстве, аграрном секторе и продвижении бизнеса. Технологии помогают нам вести более комфортный образ жизни. Мы можем заказывать еду и товары через интернет, покупать билеты на различные мероприятия и путешествия, использовать различные устройства для контроля здоровья и фитнеса, узнавать погоду до выхода из дома. Однако, информация относительно погоды, представленная в интернете, не всегда точна, как оказывается. Поэтому возникает необходимость иметь более точный источник.
Была выдвинута гипотеза – возможно создать модель прибора, предсказывающего погоду. В ходе исследования изучены методики создания модели прибора «штормгласс». Поставлен эксперимент по созданию модели прибора в домашних условиях.
Цель работы: создание модели прибора «штормгласс» в домашних условиях и изучение изменений в модели прибора в зависимости от погодных условий.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить источники по истории появления прибора «штормгласс», его особенностях, принципах работы,
- выяснить уровень информированности респондентов о существовании подобного прибора;
- изучить информацию о способах конструрирования модели прибора;
- провести анализ полученной информации;
- провести экспериментальную часть работы по созданию модели прибора «штромгласс» и проверить работу по «предсказанию погоды».
Объект исследования – модель прибора «штормгласс», созданная в домашних условиях.
Предмет исследования – изменение структуры кристаллов в зависимости от погодных условий и значимость прибора в быту.
Практическая значимость заключается в том, что представленная работа расширяет представления о приборах, предсказывающих погоду.
Методы исследования:
-
Теоретический (изучение источников);
-
Социологический опрос;
-
Практический (проведение эксперимента по созданию модели прибора в домашних условиях);
-
Аналитический (анализ источников, данных социологического опроса, результатов эксперимента).
-
Теоретическая часть
1.1 Что такое «штормгласс», его устройство
Штормгласс — химический метеорологический прибор, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненной спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, хлорид аммония и калийная селитра[1].
В словаре Гранат (1902) прибор описывался как «химический барометр, сосуд с раствором камфоры, селитры и нашатыря в спирту, разбавленном водой; при хорошей погоде раствор этот прозрачен, смотря по погоде муть прибавляется или исчезает»
В конце XIX — начале XX века на страницах Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона давалось следующее описание этому прибору:
«Бароскопами, или погодниками, неправильно называются также некоторые другие приборы, способные будто бы предсказывать погоду. К числу их относится запаянная с двух концов стеклянная трубка, в которой находится спиртовой раствор камфоры; этот раствор иногда мутится, из него охлаждаются кристаллы, которые потом опять растворяются. Так как атмосферное давление не может передаваться сквозь стекло, то эти явления происходят от каких-нибудь других причин» [2].
1.2 История появления прибора и его использование
Упоминания о данном приборе начали появляться в XIX веке.
Этим «химическим барометром» активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фрицрой, который тщательно описал поведение штормгласса, используемое до сих пор. Поэтому, штормгласс также называют «Барометром адмирала Фрицроя». В 1831—1836 Фрицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин. До конца своей жизни Фрицрой заведовал метеорологическим департаментом Великобритании и руководил британской метеорологической службой.
В труде Фрицроя «Книга о погоде» есть отдельная статья про так называемое «штормовое стекло»: «Я часто замечал странное воздействие на некоторые приборы, используемые в качестве смотровых стекол, которое, казалось, было вызвано не только давлением, но и температурой, сухостью или влажностью. обнаружив, что эти изменения происходили из-за электрических изменений в атмосфере, которым не всегда предшествовало или сопровождалось движение ртути в барометре, и что, помимо других особенностей, усиление или ослабление ветров в самом "сердце" пассатов оказывало на них воздействие, в то время как столбик термометра оставался неизменным. без изменений или с незначительными суточными изменениями в тропической зоне (такими же регулярными, как часы*), мы давно были уверены, что можно отследить еще одного возбудителя. Значительно более ста лет назад
в этой стране производилось так называемое "штормовое стекло". Кто был изобретателем, сейчас точно не известно, но они продавались на Олайлондонском мосту, под вывеской "Козел и циркуль". С 1825 года у нас обычно было несколько таких очков, скорее как раритеты, чем как-либо еще, поскольку ничего определенного нельзя было сказать об их разнообразии, пока, наконец, когда было убедительно продемонстрировано, что при постоянном, ненарушенном воздействии на свободном воздухе, без воздействия радиации, огня или солнца, а при обычном освещении хорошо проветриваемого помещения или, предпочтительно, на открытом воздухе, химическая смесь в так называемом «штормовом стекле» меняется в зависимости от особенно характер, связанный с направлением ветра, а не с его очертаниями. (хотя это может сильно отличаться по внешнему виду) в зависимости от другого употребления,
Я использую электрическое напряжение.
Когда атмосферный поток поворачивает в полярном направлении, исходит от него или только приближается с полярной стороны, обнаруживается, что эта химическая смесь — если внимательно, даже под микроскопом, наблюдать за ней - разрастается подобно листьям ели, тиса, папоротника, инею или кристаллизациям.
По мере того, как ветер или большое воздушное пространство дует с противоположной стороны, линии или выступы — все правильные, жесткие или четче очерченные черты - постепенно уменьшаются, пока не исчезают совсем.
До и при продолжающемся южном ветре смесь медленно оседает во флаконе, пока не станет бесформенной, как тающий белый сахар. До или во время продолжающегося северного ветра (полярного течения) кристаллизации получаются прекрасными (если смесь приготовлена правильно, стакан плотно прилегает и правильно установлен), но малейшее движение жидкости нарушает их.
Когда основные течения встречаются и поворачивают на запад, создавая восточные ветры, звезд становится больше или меньше, а жидкость тускнеет или становится менее прозрачной.
Когда они соединяются на западе, создавая западный ветер, жидкость получается прозрачной, а кристаллизация - четко выраженной, без звездочек.
В то время как любые твердые или хрустящие элементы видны под, над или в верхней части жидкости (где они образуются при полярном ветре), в воздухе присутствует дополнительное электричество; смесь полярных течений, сосуществующих в этой местности с противоположными, или южными.
Когда не видно ничего, кроме мягкой, тающей, сахаристой субстанции, атмосферное течение (каким бы слабым или сильным оно ни было) направлено на юг с отрицательным уровнем электричества, не смешивается с встречным ветром и не подвержено его влиянию.
Неоднократные испытания с использованием тонкого гальванометра, применяемого для измерения электрического напряжения в воздухе, подтвердили эти факты, которые в настоящее время используются для прогнозирования погоды вместе с барометром и термометрами.
Температура сильно влияет на состав смеси, но не только; как в полной мере продемонстрировали многочисленные сравнения зимних и летних изменений температуры.
Беспорядочный вид смеси с движущимися хлопьевидными пятнами или звездочками и менее прозрачная жидкость указывают на юго—восточный ветер, вероятно, сильный - до штормового.
Прозрачность жидкости с более или менее совершенной кристаллизацией сопутствует сочетанию или соперничеству основных западных течений, и очень примечательны эти различия - результат воздействия этих воздушных потоков друг на друга с востока или с совершенно противоположной стороны направление - запад.
Время от времени стакан следует тщательно протирать, а раз или два в год смесь следует перемешивать, переворачивая и осторожно встряхивая стеклянный флакон.
Состав: камфара, нитрат калия и нашатырный спирт. —
- частично растворяется в спирте, воде и небольшом
количестве воздуха в герметично закрытом стеклянном флаконе.
Существует множество подделок, в той или иной степени изготовленных неправильно.
Поскольку самый недавний шторм 19 октября 1862 года был широко известен, и его последствия в некоторых местах (сравнительно) были катастрофическими, к этой странице прилагаются табличные данные метеорологической статистики за 19, 20 и 21 октября того бурного времени. В "Таймс" было заявлено, что 40 0002 человека. убытки страховщиков были вызваны крушением и повреждением судов — только в Тайн - во время шторма 19-го числа, а также тем, что погибло очень много людей (не подлежащих страхованию)» [3].
-
Практическая часть
2.1 Результаты социологического опроса
Практическую часть своей работы я начала с социологического опроса, включавшего в себя вопросы об осведомленности моего окружения (в зависимости от возраста) о существовании различных приборов по определению условий внешней среды (в том числе, штормгласс), а также об уровне заинтересованности их в этой теме. В социологическом опросе приняло участие 112 человек, около 90 % было бы полезно иметь такой прибор дома, а так же изучить принцип его работы.
2.2 Изготовление модели прибора
Для изготовления модели прибора были использованы пробирки, пробки, следующие вещества:
10 г камфоры
2,5 г калийной селитры
2,5 г нашатыря
33 мл дистиллированной воды
40 мл спирта.
Сначала растворили селитру и нашатырь в воде, камфору - в спирте и затем медленно перемешать два раствора. Залили в стеклянную пробирку, запечатали пробирку пробкой, промазав её силиконовым герметиком.
2.3. Наблюдение за изменениями в структуре кристаллов модели прибора в зависимости от погодных условий
В качестве контроля наблюдений я вела календари погоды, который я вела с 18.11.24 по 6.12.24. Результаты наблюдений представлены в «Календаре погоды» - приложение 3:
Исходя из него можно отметить следующие основные моменты:
Перед градом в жидкости появляются крупные шарики, появляется муть, на дне образуются острые вертикальные иголочки.
Перед дождем начинают образовываться кристаллы на дне и муть под самой поверхностью жидкости, когда дождь начинается по мере его силы (во время ливня муть заполняет почти всю жидкость).
В облачную погоду образовываются на дне мелкие кристаллы, так же это явление можно наблюдать перед и во время понижения температуры (ниже 23-25 градусов).
Перед грозой на донных мелких кристаллах образуется один или несколько крупных кристаллов из мелких (если начинается дождь, появляется несильная муть).
В ясные дни (в конце осени - зимой) за несколько дней до снега обычно изменяется структура кристаллов (образуются длинные перья или в жидкости появляются хлопья (первое обычно предшествует легкому снегопаду и пасмурной погоде, а второе - сильному).
Как и сказано в наблюдениях Фрицроя, размер и форма образовавшихся кристаллов зависят от силы и направления ветра.
Также в своих трудах он описывал наблюдение за жидкостью под микроскопом, но данный опыт можно провести и без микроскопа - при осаждении капель жидкости на стенках сосуда: на них образуются «разводы» причудливых форм, изменение их формы также зависит от направления и силы ветра.
Однако измерения по этому прибору не могут быть 100% точными, тк нельзя с точностью определить структуру кристаллов (по форме они могут быть очень похожи), содержимое прибора расслаивается при высокой температуре (более30 градусов) и солнечном свете, что затрудняет выбор его расположения дома.
Выводы
Проведенная работа позволяет сформулировать следующие выводы:
-
Изучен теоретический материал по структуре штормгласса и его работе
-
Проведен социологический опрос по, включавшего в себя вопросы об осведомленности моего окружения (в зависимости от возраста) о существовании различных приборов по определению условий внешней среды (в том числе штормгласс), а также об уровне заинтересованности их в этой теме.
-
Освоена методика создания модели прибора «штормгласс» в домашних условиях.
-
Проведены наблюдения за изменениями в приборе в зависимости от погодных условий.
-
Выявлена возможность использования его в домашних условиях
Заключение
В данной работе были произведены исследования по принципу работы прибора штормгдасс. Результаты проведенных опытов показали, что
1- структура прибора зависит от давления, температуры, силы и направления ветра
2 - прибор удобно использовать в быту, но не всегда его измерения бывают точными
.
Список использованных источников
-
[Электронный ресурс]. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Штормгласс
-
[Электронный ресурс]. URL: https://books.google.ru/books?id=g32IJlqsC9MC&pg=PA439&hl=ru&source=gbs_toc_r&cad=2#v=onepage&q&f=false
-
[Электронный ресурс]. URL: https://translate.yandex.ru/
Приложение
-
Социологический опрос https://forms.yandex.ru/admin/672e063a5d2a06651eb9d7f3/edit
2. Фотографии экспериментальной части:
Варианты моделей прибора, изготовленных по исходной рецептуре, без нагревания и с нагреванием