VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Штормгласс или Ампула Фицроя

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бечикова С.А. 1

---

1Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-Карасульская СОШ

Романова В.Б. 1

---

1Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-Карасульская СОШ

Работа в формате PDF

3.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Какая будет погода? Каждый день этим вопросом задаются миллиарды жителей Земли на всех континентах. Ответ на него не так-то прост. Для её решения задействованы самые мощные суперкомпьютеры, запущены в космос десятки спутников и зондов, по всей планете построена сеть наземных метеорологических станций. Но есть и необычные, малоизвестные приборы - штормгласс. (Приложение 1). Возможно ли, в качестве такого датчика, использовать штормгласс, который достаточно хорошо известен и описывается в многочисленных литературных и интернет источниках как устройство, способное служить в роли «предсказателя» погоды? В данной работе мы делаем попытку ответить на этот вопрос. 

Цель: выяснить возможность прогнозирования изменений погоды с помощью штормгласса.

Задачи:
- изучить литературу по данному вопросу; 
- изготовить штормгласс;

- провести наблюдения за жидкостью в приборе;
- проанализировать полученные результаты.

Объект исследования: штормгласс

Предмет исследования: изменение погоды.

Методы исследования: Теоретические - изучение и обобщение, наблюдение за изменением состояния жидкости с записью в таблицу; анализ полученных данных. Эмпирические - сравнение, эксперимент, измерение.

Актуальность исследования: для метеозависимых людей крайне важно знать изменение погоды заранее, чтобы внести коррективы в свой режим жизни. 

Гипотеза: Если внимательно наблюдать за жидкостью в ампуле, то можно найти закономерности возникновения того или иного рисунка, изменение формы и размеров кристалла, в зависимости от погоды и сделать выводы, то есть, предсказать погоду.

Практическая значимость исследования:Чтобы для человека изменение погоды не было неожиданностью её нужно научиться прогнозировать хотя бы на небольшой период. Материал данной работы может быть использован на уроках физики, химии, окружающего мира и во внеурочной деятельности,  всеми любителями  исследований  природы.

Глава1. Теоретическая часть

Волшебная «склянка».

В энциклопедии Википедия указано, что Штормгласс (нидерл. storm — «буря» и glass — «стекло») — химический метеорологический прибор, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра. На парусных кораблях, совершавших дальние плавания, эти приборы для прогнозирования погоды, появились в XVII в. Этот удивительный предсказатель погоды широко использовался для предсказания погоды на кораблях с 1750 года. Штормглассы завелись на многих кораблях, и шкиперы часто спорили о тех или иных признаках надвигающегося ненастья, подсмотренного сквозь мутноватое стекло пробирки. В растворе, заполнявшем запаянную склянку, происходили удивительные явления. Он то мутнел, то становился прозрачным; в нем появлялись и растворялись фигуры, похожие то на иглы, то на пальмовые листья, то на снежинки. Внимательно наблюдая за жидкостью в ампуле со временем можно найти закономерности возникновения того или иного рисунка в зависимости от погоды и сделать выводы, то есть, предсказать погоду. В чем-то эти признаки сходились, в чем-то имели различия… За штормглассами, закрепленными на переборках капитанских кают, внимательно следил хозяйский глаз - знать погоду на море значило многое! "Волшебная" склянка предсказывала все что угодно: и наступление бурной погоды, и изменение направления ветра, и падение тумана, и трескучий мороз, и подъем воды в реках, и многое другое.

Роберт Фицрой

Имени изобретателя штормгласса история не сохранила, но распространение подобных сосудов, содержащих жидкость сложного состава и предсказывающих даже изменение направления ветра, было почти повсеместным. Пристальное внимание загадочной ампуле уделил английский вице-адмирал Роберт Фицрой. Он не был учёным - он был в первую очередь моряком. Фицрой долго пытался разобраться в многообразии показаний "волшебной" склянки, систематизировал наблюдения и даже составил таблицу признаков изменения погоды согласно ее предсказаниям. Эти наблюдения известного мореплавателя и организатора регулярной метеорологической службы в Англии, выполненные в разных районах Мирового Океана, позволили более грамотно разбираться с показаниями штормгласа.

Роберт Фицрой, аристократ, морской офицер, выпускник Королевского военно-морского училища в Портсмуте в октябре 1828 года был назначен капитаном знаменитого судна «Бигль» — исследовательского барка, принявшего участие в четырёх гидрографических экспедициях. На момент вступления в должность ему исполнилось всего 23 года, при это Роберт Фицрой показал себя блестящим капитаном и очень инициативным человеком. Живо интересуясь природными явлениями, Фицрой, поступив на «Бигль», задался идеей построить предсказывающий изменения морской погоды прибор — достаточно компактный, чтобы работать на корабле. И он его построил (Приложение 2). Поэтому, штормглас также называют "Барометром Фицроя".

До сих пор не доказана ни правота Фицроя, ни его заблуждение. Некоторые характеристики штормгласса подтверждаются современными исследованиями, некоторые — нет.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Изготовление штормгласса.

Существует более десятка рецептов, по которым можно приготовить раствор для штормгласса. Ингредиенты одинаковы, а вот количество их различно. Мы выбрали два рецепта и, соблюдая меры безопасности, приступили к работе.

Приготовление фицроевой смеси

1. Взвесить количество необходимых веществ на цифровых весах.

2. Растворить соли в дистиллированной воде, а камфору - в спирте.

3.Вылить раствор камфоры в спирте в емкость, приготовленную для штормгласса, и прилить раствор солей в воде.

4. Ампулу встряхнуть, чтобы растворы перемешались.

5. В колбе некоторое время из раствора будет выделяться воздух, а всплывшая в начале камфора, станет оседать. Подождать прекращения этого процесса и закупорить ампулу пробкой.

Изготовленные приборы мы поставили возле окна(в этом случае они не так сильно экранируется), но чтобы не было прямого попадания солнечных лучей. На следующий день наш штормгласс стал «работать». В таком растворе камфара оседает на дне, но с изменением плотности раствора (в результате кристаллизации части камфары) или температуры осадок может либо всплывать, либо вновь опускаться вниз, либо оставаться во взвешенном состоянии, образуя муть. По мере изменения погодных условий в жидкости начинается рост дендритов (кристаллические образования ветвящейся структуры) - кристаллы различной формы. Погоду же прогнозируют по переменам, происходящим в жидкости. Как же следует толковать показания этого необычного прибора?

Методика наблюдения

По наблюдениям Фицроя поведение смеси выглядело следующим образом:

2.2. Анализ наблюдений

Под нашим наблюдением находились два образца раствора в стеклянных пробирках, изготовленные по двум рецептам. Приборы были установлены в школе, на южной стороне, на подоконнике. В течение месяца каждая из склянок фотографировалась один раз в сутки (в 8⁰⁰ч) и проводилось визуальное наблюдение - высота, размеры, характерное расположение. Одновременно велись записи по показателям внешней среды: регистрировались наружная температура, давление, влажность, ветер. Мы составили таблицу с описанием погодных условий (Приложение 2).

Превращения начинаются

В колбе происходили разного рода изменения.

Показания штормгласса и прогноз погоды с сайтаGISMETEO.

Показания штормгасса прогнозируют погоду на один день с вероятностью 83%.

Сопоставление показаний штормгласса с атмосферным давлением и высотой смеси.

Наблюдается быстрый рост творожистой смеси. Чем больше высота смеси тем выше температура. Аналогично и давление, хотя ампула закупорена, а это значит, что атмосферное давление не влияет на смесь.

По нашим наблюдениям мы сделали выводы:

При медленном похолодании на дне склянки начинают расти игловидные кристаллы.

При более быстром похолодании кристаллы камфоры выпадают в осадок не только на дне, но и по всему объёму склянки, образуется творожная смесь. (Что и наблюдалось в начале февраля - были сильные морозы, до 38 градусов).

Быстрый рост высоты творожистой смеси предвещает морозы.

Появление кристаллов разной величины предсказывало осадки в виде снега.

Когда кристаллы выстраивались в красивые нити или перья - это предвещало ветер (были ветра до 7-8 м\с с 21 февраля до 27 февраля ).

При потеплении иглы кристаллов растворяются, и слой выглядит как рыхлый тающий снег. Вторая половина февраля (9-15 градусов).

В жидкости образуются крупные кристаллические хлопья - к снегопаду (3 февраля был снегопад).

Заключение

Прибор был изготовлен 25 января 2019 года.В течение месяца (февраль) нами проводился мониторинг штормгласса. Составлена сводная таблица внешнего вида кристаллов в зависимости от погодных условий. За период наблюдений и в результате анализа около 48 образцов кристаллических образований в сопоставлении с синоптическими данными мы можем с уверенностью говорить о возможности использования штормгласса в качестве прогнозирования погоды на один день с вероятностью 83%.

Проведенное исследование решило поставленные задачи, подтвердило выдвинутую гипотезу. В ходе работы цель, поставленная нами, была достигнута. При работе над проектом я получила много дополнительной информации, что расширило мой кругозор, получила практические навыки и умения.

Штормгласс очень необычный и интересный прибор. Он может быть поразительно красивым, с тонкими и пушистыми, ежедневно изменяющимися кристаллами (Приложение 4).

Это увлекательное занятие, оно может способствовать развитию наблюдательности – корня всякого научного исследования. Вы можете стать заправским метеорологом, если сделаете прибор своими руками и начнёте вести наблюдения.

Но…..как понять, что при воздействии одних возмущений - растут игольчатые кристаллы, при других – дендриты? Почему появляются мелкие хлопья или звездочки? Существуют гипотезы, что на штормгласс влияет напряженность электрического и магнитного поля Земли, разряды молний, есть также данные, что прибор чувствителен к «био» и «гео» полям. Поэтому считаем, что работа имеет продолжение. Можно исследовать вопросы: влияние солнечной активности на поведение кристаллов; влияние магнитного поля.

Библиография

https://ru.wikipedia.org/wiki/Штормгласс

Роберт Фицрой// интернет ресурс:mk45.livejoumal/com/

GISMETEO: погода в Октябрьском сегодня ― прогноз погоды на ...

https://www.gismeteo.ru › Россия › Тюменская область › Ишимский район

Бескаравайный Н.М. «Загадочная ампула», «ЮТ для умелых рук, 1989г, №1

https://www.popmech.ru/.../361612-shtormglass-fitsroya-zabytyy-meteorologicheskiy...

http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/651-op-barom3

Приложение 1

Результат анкетирования

Одноклассникам было предложено ответить на 5 вопросов анкеты.

Вопросы:

1. Интересуетесь ли прогнозом погоды?

2. Где вы узнаете о прогнозе?

3. Верите ли вы прогнозу погоды с сайта…?

4.Знаете ли вы какие-либо приметы изменения погоды?

5.Знаете ли вы, что такое штормгласс?

Про прибор штормгласс знает всего 2 человека!

Основные приборы для изучения погоды

Приложение 2

Наблюдения Фицроя.

Вот что сказано в книге под названием «Практическая метеорология контр-адмирала Фицроя» о штормглассе: «Более чем за сто лет назад в Англии уже делались штормовые склянки, изобретатель которых так и остался неизвестным. С 1825 г. на своих кораблях мы имели несколько этих склянок, правда, скорей в виде редкости, чем для действительного употребления. И всё потому, что химическая смесь реагировала больше на изменения направления, но не силы ветра. Хотя, быть может, она изменялась от другой причины, а именно — электрического напряжения. Когда атмосферное течение поворачивает к северу, то эта химическая смесь увеличивается в объёме, подобно листьям тиса или папоротника или подобно изморози на стекле. Когда же ветер стремится с противоположного направления, то линии или вообще очертания кристаллов постепенно смягчаются и уменьшаются, пока совершенно не исчезнут, подобно растаявшему сахару. Когда встречаются главные течения воздуха, произведя восточные ветры, то кристаллические звёзды в склянке становятся более или менее многочисленны, а жидкость мутнеет. А если течения производят западные ветры, то жидкость становится совершенно чистой и кристаллы ясно обозначаются. Смешанный вид непрозрачной жидкости с движущимися клочковатыми пятнами или звёздами означают юго-восточный ветер, вероятно, сильный, до бури».

Приложение 3

Дневник наблюдений

Приложение 4

Внешний вид кристаллов