V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Гроза и молния

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Макатов А.Ж. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Комаровская средняя общеобразовательная школа ЗАТО Комаровский Оренбургская область

Макатова М.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Комаровская средняя общеобразовательная школа ЗАТО Комаровский Оренбургская область

Работа в формате PDF

1.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Совершенно понятно, почему такое грозное и эффектное явление природы как гроза во все времена оказывало огромное воздействие на психику человека, вызывало сильнейшие эмоции. Недаром для того чтобы подчеркнуть особую силу эмоционального напряжения, писатели и поэты, композиторы и художники часто обращались к грозе.

Замечательный русский поэт Фёдор Тютчев воспел майскую грозу в стихах. Драматург Александр Островский назвал свою пьесу "Гроза", а великий композитор Антонио Вивальди познакомил мир с произведением «Гроза» из «Времен года». А на уроках физики рассказывают про электрические заряды и разность потенциалов, которые имеют отношение к грому и молнии.

Почему и откуда берутся гроза и молния, чем они опасны?

И мне стало интересно, почему гроза одних людей вдохновляет, а других пугает. И я поставил цель: выяснить, что такое гроза и молния.

Задачи:

- собрать и изучить научную информацию из разных источников о грозе и молнии;

- узнать о разновидностях молнии;

- систематизировать полученные знания;

- провести эксперимент получения электрического разряда в лабораторных условиях;

- установить влияние грозы на эмоции человека;

- собрать интересные факты о молниях;

- обобщить полученные результаты;

- поделиться с одноклассниками своими открытиями;

- разработать памятку как уберечься от молнии во время грозы

Проблема: я решил узнать, опасна ли гроза?

Гипотеза: я считаю, что столь удивительное и загадочное явление природы, вызывающее сильнейшие эмоции у людей, может стать серьезной угрозой для жизни.

Объект исследования: природные явления.

Предмет исследования: гроза, молния.Влияние грозы на эмоции человека.

Методы: изучение, беседа, анкетирование, эксперимент, интервью, наблюдение, обобщение.

Глава 1. Природа происхождения грозы и молнии.

1.1. География гроз

Думаете, грозы бывают везде? А вот и нет. Есть на нашей планете места, где грозы случаются с завидной регулярностью и отличаются особой силой, а есть и такие, где гроз не бывает вовсе. Но обо всём по порядку.

Как известно, большая часть нашей планеты покрыта водой. Так вот: над океаном грозы случаются примерно в 10 раз реже, чем над сушей и главным образом в зимние месяцы. Если же говорить о распределении гроз по широтам, то картина получается следующая:

наибольшее число гроз наблюдается над территорией Центральной Африки в экваториальном поясе,

в тропических и субтропических широтах (от 30° северной до 30° южной широты) грозы также довольно частое явление,

на полюсах гроз практически не случается, разве что в Центральной Арктике фиксируются редкие грозы в летние месяцы.

Кроме этого, гроза - явление сезонное. Случаются они, главным образом, поздней весной (конец апреля-май), летом, а также ранней осенью (сентябрь-начало октября). В среднем, в умеренных широтах в год случается примерно 10 - 15 гроз.

Но картина не будет полной, если не отметить некоторые регионы на суше, где на формирование гроз оказывают влияние особенности рельефа. Например, в горных системах Гималаев и Кордильер находятся зоны, в которых грозовая активность чрезвычайно высока.

1.2. Формирование грозовых облаков

Гроза - это тяжёлые и мрачные грозовые тучи, заволакивающие горизонт (быстро или не очень). Но вот как они образуются и почему становятся грозовыми? Попробуем разобраться и в этом непростом вопросе.

Смотрим в словарь и обнаруживаем вот какое определение: "Облака - взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли". В общем, всё понятно. Но почему белые и пушистые на вид облака превращаются в грозовые тучи?

Существование всех грозовых облаков можно разделить на три этапа:

стадия кучевого облака,

стадия зрелого грозового облака,

стадия распада.

Рис.1 Этапы становления грозового облака.

Чтобы начали образовываться кучевые облака, способные стать грозовыми, требуются особые условия, в частности, конвекция.

Конвекцией называют механизм переноса теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Существует естественная конвекция, которая возникает самопроизвольно при неравномерном нагревании вещества в поле тяготения.

При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Или не повторяется - выпадают осадки.

Кроме конвекции необходим большой запас влаги, чтобы гроза была с дождём, а также структура, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть — в ледяном. [6, 57]

Условий много и все они должны быть соблюдены. Нужная для образования грозы конвекция возникает в следующих случаях:

1.Приземный слой воздуха нагревается неравномерно, потому что поверхность под ним разная. Например, над водой и сушей воздух будет прогрет неодинаково из-за различной температуры воды и почвы. Над крупными городами воздух прогревается лучше и конвекция интенсивнее, чем в окрестностях города или совсем за городом.

2.Подъём или вытеснение тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Это явление называется фронтальной конвекцией и развивается она одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образование кучево-дождевых облаков. [6, 79]

3.Подъём воздуха в районах горных массивов. Облака, как известно, образуются активнее всего в районах возвышенностей, за счёт вынужденной конвекции. А в

высокогорных районах создаются совершенно особые условия для развития конвекции и её повторяемость и интенсивность почти всегда увеличивается.

Разобравшись с тем, как образуются грозовые облака, попробуем заглянуть к ним вовнутрь.

Темные грозовые облака , толщина которых может достигать 10 км, образуются во время жаркой и влажной погоды. Тёплый влажный воздух поднимается вверх, где быстро охлаждается. При этом часть водяных капель превращается в лёд. Сильные воздушные потоки внутри облака перемешивают охлажденные капельки воды и ледяные кристаллы. А их взаимное трение и столкновение приводит к образованию в облаке статического электричества. Это явление называется электризация. Накапливающийся внутри тучи электрический заряд , приводит к разряду молнии или внутри облака, или между облаком и землёй.

Молния - это электрический разряд от тучи к туче или от тучи к Земле. Гром - звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром возникает вследствие резкого расширения воздухапри быстром повышении температуры в канале разряда молнии. [7,89]

1.3. Мифы и легенды

Самый главный бог древних гре­ков — Зевс (Зевес) — был также богом молнии и грома. Его назы­вали громовержцем, тучегоните­лем. Зевс хмурит брови — и сгу­щаются тучи. В гневе он поражает молнией, устрашает громом. Вспомним «Одиссею» Гомера. Воз­вратившийся после долгих стран­ствий Одиссей застает у себя в доме бесчинствующих обидчиков, кото­рые в его отсутствие пытались свататься к его жене Пенелопе. Одиссей берет в руки свой лук — и с радостью слышит гром, кото­рым Зевс предвещает близкую гибель женихов.

Огни святого Эльма.

Этот давно известный и красивый феномен пугал моряков в грозу сиянием на мачтах, а в городах в грозу голубым пламенем светились кресты на церквях и колокольнях. Это довольное понятное сейчас явление, его легко смоделировать в лаборатории.

Когда электрическое поле в атмосфере достигает определенного значения, на тонких длинных предметах наблюдается так называемый коронный стримерный разряд. Он и ответственен за огни святого Эльма. Но моряки, как и альпинисты в горах, пугались не зря.

При достаточной близости грозового облака после многих вспышек коронного разряда может возникнуть и восходящая молния, которая закончится мощными ударами, а они могут поразить людей, поджечь мачты и строения.

1.4. Грозовое электричество

Установлению электрической природы молнии человечество обязано Бенджамину Франклину. Вероятно, многие вспомнят, что именно он изображён на купюре достоинством в 100 долларов США.

Рис.2 Бенджамин Франклин.

Опыты с молнией Франклин провёл в далёком 1750 году. Запускал воздушного змея в грозовое облако. Воздушный змей был сделан из деревянных распорок и шелкового платка, на конце которого был прикреплен медный штырь, а сам змей был привязан на бечевке. На другом конце бечевки был прикреплен металлический ключ. Суть эксперимента состояла в том, что молния, ударив в змея, пройдет по намокшей от дождя бечевке до ключа. В результате чего на конце ключа будет виден электрический разряд. [7,98]

В своих записях Франклин отметил, что эксперимент он проводил из окна своего дома, изолировав себя от возможного поражения электрическим током. Он понимал важность принятия мер по безопасности, т.к. до этого несколько ученых из Германии и Франции проводили подобный эксперимент и погибли от поражения электрическим током.

Этот опыт описан в работе Джозефа Пристли "История и теперешнее состояние электричества", опубликованной в 1767 году. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический раз­ряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч. Установ­ление электрической природы мол­нии позволило Франклину создать громоотвод, который правильнее было бы называть «молниеот­водом». Это был длинный метал­лический стержень, который пре­дохранял постройки от поражения молнией. Началась новая эра в исследовании природы молнии.

Рис.3 Эксперимент Б.Франклина.

1.5. Какие бывают молнии?

По виду молнии различаются на:

линейные;

ленточные;

Спрайт-молния;

внутриоблачные;

наземные;

жемчужные;

шаровые.

Линейная молния - это искра, которая проскакивает между двумя облаками, заряженными электричеством разных знаков. Похожа на разветвленные корни разросшегося в поднебесье дерева.

Рис.4 Линейная молния.

Ленточная молния.При этом наблюдается такая картина, как если бы воз­никли несколько почти одинако­вых линейных молний, сдвинутых относительно друг друга.

Рис.5 Ленточная молния.

Внутриоблачные молнии: длина внутриоблачной молнии колеблется от 1 до 150 км. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей.

Рис.6 Внутриоблачная молния

Наземные молнии: процесс развития наземной молнии: электрическое поле достигает критического значения. Возникают электронные лавины, переходящие в электрические разряды.

Рис.7 Наземные молнии.

Жемчужные молнии: жемчужная молния очень редкое и красивое явление. Появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. Молния имеет вид светящихся шаров, напоминая собой жемчуг, нанизанный на нитку. Жемчужная молния может сопровождаться звуковыми эффектами.

Рис.8 Жемчужная молния

Шаровая молния - это светящие шары газовой плазмы. Они медленно двигаются, а иногда стоят на месте. Существуют несколько секунд или минут, а затем исчезают с сильным взрывом. Очень ярко светят. Иногда искрит и вращается.

Рис.9 Шаровая молния.

Спрайт-молния-совсем недавно, в 1989 году, ученые обнаружили еще один вид молнии, который получил название спрайт. Открытие произошло совершенно случайно, потому что феномен наблюдается крайне редко и длится лишь десятые доли секунды. От других электрических разрядов их отличает высота, на которой они появляются – примерно 50-130 километров, в то время как другие подвиды не преодолевают 15-километровый рубеж. Также спрайт-молния отличается огромным диаметром, который достигает 100 км. Они выглядят как вертикальные столбы света и вспыхивают группами. Их цвет различается в зависимости от состава воздуха: ближе к земле, где больше кислорода, они зеленые, желтые или белые, а вот под влиянием азота, на высоте более 70 км, они приобретают ярко-красный оттенок . [7, 130]

Рис.10 Спрайт-молния.

1.6. Меры предосторожности при грозе

Несмотря на то, что молниевый разряд между облаком и землёй случается не так уж и часто, оказаться объектом его попадания смертельно опасно. Чтобы такого не случилось, стоит знать несколько довольно простых правил, которые помогут снизить до минимума риск попасть под удар молнии во время грозы.

В поле или на любом открытом пространстве. Главное - не стоять в полный рост. Лучше всего найти в земле углубление, подойдёт канава, овраг или небольшая ложбинка. На землю ложиться ни в коем случае нельзя.

Если вариантов укрыться или забраться в какую-нибудь ложбину нет - просто присесть на корточки и обхватить колени руками. Ни при каких условиях не стоит укрываться под одиноко стоящими деревьями. Вероятность того, что в них ударит молния очень высока.

Если начинается гроза, а вы купаетесь или ловите рыбу - немедленно гребите к берегу. На воде оставаться категорически запрещено. Искать укрытие близко от воды также не рекомендуется.

Во время грозы рекомендуют отключать электроприборы, чтобы при перепадах напряжения в сети не происходило коротких замыканий и выгорания электросхем и не разговаривать по мобильному телефону, особенно на улице.

Глава 2. Мои исследования.

2.1. Эмоции

Исследование № 1.

Я наиграл мелодию для младшего брата без предупреждения. Брат начал танцевать, улыбаться. Через час я так же без предупреждения начал играть аккорды, изображая грозу, гром. Брат остановился, бросил игрушки и начал тревожно смотреть по сторонам и звать маму. ( Приложение № 1).

Вывод : гроза оказывает огромное воздействие на эмоциональное состояние человека. В данном случае вызвала страх.

2.2. Эксперимент.

Исследование № 2.

Я задумался, если молния это электрический заряд, можно ли получить молнию в лаборатории и укротить ее? В школе есть физический прибор, для получения электрического разряда. Это приспособление называется электрофорная машина. Она предназначена для физических опытов при получении электрических разрядов

( Приложение № 2) . Вместе с учителем физики мы провели опыт и пришли к выводу.

Вывод: в лабораторных условиях молнию получить невозможно.

В лаборатории можно получить не молнию, а электрический разряд, который будет длиться мгновение.

Электрический заряд образуется при трении, если натереть эбонитовую палочку о шерсть и поднести ее к электрометру, то стрелка начнет отклоняться. Это говорит о том, что в палочке появился электрический заряд.

Так же эбонитовой палочкой можно передать заряд «султанам». Они начинают раскрываться. А если коснуться верха рукой раскрытого «султана», то электрический заряд через тело человека уйдет в землю.

Дома с папой мы решили собрать катушку Тесла (Приложение №3). Собрав катушку, мы провели еще один опыт и вновь пришли к выводу, что в лаборатории можно получить не молнию, а электрический разряд.

2.3.Приближение грозы.

Исследование № 3.

Работая на темой, я задумался возможно ли предугадать приближение грозы и по итогам наблюдений ( Приложение № 4)

Вывод: обычно можно заранее понять, что собирается гроза: солнце сильно печет, в воздухе накапливается влага, становится тихо и душно. На горизонте можно заметить скопление мощных кучево-дождевых облаков. Они быстро надвигаются и вскоре занимают все небо. Ветер начинает дуть порывами, резко меняет направление, а затем усиливается. Затем сверху из надвинувшейся тучи обрушивается стена проливного дождя, иногда с градом. Сверкают молнии, раздаются оглушительные раскаты грома.

2.4. Встреча со специалистом метеостанции .

Исследование № 4.

Я посетил метеорологическую станцию II разряда п. Домбаровский, где специалист познакомил меня с приборами и приспособлениями для определения погоды. Так же рассказал о частоте гроз и познакомил с грозовыми сводками за год. В том числе и в зимнее время года.

Изучив распределение грозовых разрядов по поверхности Земли (Приложение № 5), среднегодовое число гроз в некоторых городах ( Приложение № 6), я провел наблюдение за числом грозовой активности в нашем городе ( Приложение № 7 ) по месяцам и установил : максимум гроз приходится на период с июня по сентябрь месяц.

Рис.11 Метеорологическая станция

2.5. Мнение одноклассников.

Исследование № 5.

Я провел исследования в 3 Г классе. Были заданы следующие вопросы:

Гроза – обычное явление природы или нет?

Чем опасна гроза?

Что такое молния?

Как нужно себя вести при грозе, если вы остались на улице, в помещении, на речке и в степи?

Какие эмоции вы испытываете во время грозы?

Пятый вопрос был ключевым.

Вывод: результаты меня огорчили. Не все ребята смогли ответить на мои вопросы.70% ребят не знают как себя вести во время грозы. У 100 % ребят гроза вызывает сильные эмоции – беспокойство, страх.

Затем я решил выступить перед ребятами со своей темой.

Было интересно наблюдать за их реакцией, когда они узнавали о грозе что-то новое, необычное, интересные факты. После выступления я повторно провел анкетирование. Задав те же вопросы. Результаты меня порадовали. Наложив две диаграммы друг на друга я сделал вывод.

Вывод: из диаграммы видно, мое выступление положительно повлияло на ребят. Они много нового узнали о грозе и молнии. И мое исследование подтвердило, что гроза и молния вызывают сильные эмоции. (Приложение №8)

Ознакомившись с достаточным количеством литературы по теме, вместе с руководителем вывели правила поведения во время грозы и оформили их в виде "Памятки"( Приложение № 9 )

Заключение

Гроза – бурное ненастье с дождем, громом и молниями. Грозы связаны с развитием кучево-дождевых облаков, со скоплением в них большого количества электричества.

Несмотря на то, что изучению молнии и грозы учёные всего мира уделяют огромное внимание, молния может быть совершенно непредсказуемой и вести себя вопреки всем правилам. Наше предположение о том, что столь удивительное и загадочное явление природы, вызывающее сильнейшие эмоции у людей, может стать серьезной угрозой для жизни подтвердилось. Поэтому каждым человеком с раннего детства должны быть получены знания об этом явлении природы, для того чтобы защитить свои здоровье и жизнь.

Список используемой литературы.

1. Журнал"Наука и жизнь" № 7, 1993 г.

2. Подборка статей по теме на сервере «Наука и Техника» (http://n-t.ru/)

3. Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков, Л., 1971г;

4. "Молнии - оружие богов" - М.: Информэлектро, 1998;

5. Смирнов Б.М. Молния - что же это такое ж Природа, 1987г. №2;

6.Тарасов Л.В. , Физика в природе,М.,1988 г.;

7. Юман М. А., Молния, пер. с англ., М., 1972;

8. http://yandex.ru/yandsearch?

9. http://arisfera.info/gallery/photo_sm_1_big.htm

Приложение №1

Эксперимент с братом.

Приложение №2

В кабинете физики.

Приложение №3

Сборка катушки Тесла.

Приложение №4

Наблюдение.

Приложение №5

Метеостанция II разряда п. Домбаровский

Распределение грозовых разрядов по поверхности Земли.

Приложение №6

Среднегодовое число дней с грозой в некоторых городах России:

Приложение №7

Грозовая активность в ЗАТО Комаровский 2017 год

Вывод: максимум гроз приходится на период с июня по сентябрь месяц.

Приложение №8

Исследования 3 «Г» класса.

Вывод: из диаграммы видно, мое выступление положительно повлияло на ребят. Они много нового узнали о грозе и молнии. И мое исследование подтвердило, что гроза и молния вызывают сильные эмоции.

Приложение №9

Памятка.

Правила поведения:

Не суетитесь. Нельзя бегать, паниковать, делать резких движений

Не стойте под деревьями, а отдалитесь от них как минимум на метров 40. Запомните, никогда не пытайтесь укрыться под одиноким стоящим деревом. Таким образом, Вы наоборот подвергните себя серьёзной опасности.

Не находитесь на каких-либо возвышенностях, старайтесь избегать их и по возможности находить углубления.

Отдалитесь от металлических предметов и выключите электроприборы.

Не находитесь рядом с водоёмами.

Ни в коем случае не ложитесь на землю во время грозы. Лучше всего сядьте на корточки и обхватите ноги руками.