Погода оказывает влияние на жизнь каждого из нас - иногда очень тонко, едва заметными путями, иногда очень резко драматично, надолго оставляя следы своего воздействия и даже калеча и убивая. С древнейших времен люди проклинали бури и молились об их прекращении. Они наслаждались теплом ранней весны и приносили благодарность дождям, дающим жизнь растениям.
Практически каждый человек принимает относящиеся к погоде решения ежедневно, иногда такие незначительные как брать или нет на работу зонтик, иногда огромной важности в вопросах бизнеса или сохранности жизни. Например, 14 ноября 1969 г. было принято решение запустить «Аполлон-12» сквозь слой облаков. Державший курс на Луну космический корабль с тремя астронавтами на борту дважды ударила молния, корабль был серьезно поврежден, к счастью только временно, и предотвратить катастрофу удалось с трудом.
Вряд ли найдется такая отрасль промышленности, которая для более экономного и разумного использования своих возможностей не требовала бы помощи метеорологов.
Интересует погода хотя бы время от времени практически всех нас, она - постоянная тема разговоров, но знаем мы о ней далеко не все. На уроках в школе должного внимания погоде не уделяют, а популярной литературы о ней недостаточно.
Великие открытия в физике и математике сделали возможным изобретением массы физических приборов, которые позволяют измерить малейшие изменения в погоде.
Я заинтересовался этой темой и решил немного глубже изучить ее, попытаться изготовить в домашних условиях физические приборы, способные определять погодные изменения.
А так же я решил провести апробацию своих приборов в действии.
Вложение | Размер |
---|---|
prakticheskoe_opredelenie_izmeneniy_pogody_kak_fizicheskogo_yavleniya.zip | 273.35 КБ |
МОУ «Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №38»
Исследовательская работа
Практическое определение изменений погоды
как физического явления.
Авторы:
Кильмяшкин Анатолий – ученик 7 класса.
Руководитель Семтина Татьяна Николаевна– учитель физики высшей квалификационной категории.
г.о. Саранск 2009
Оглавление
Введение.
Глава 1. Погода.
Глава 2. Практическая часть.
Заключение.
Список литературы.
Приложение.
Введение
Погода оказывает влияние на жизнь каждого из нас - иногда очень тонко, едва заметными путями, иногда очень резко драматично, надолго оставляя следы своего воздействия и даже калеча и убивая. С древнейших времен люди проклинали бури и молились об их прекращении. Они наслаждались теплом ранней весны и приносили благодарность дождям, дающим жизнь растениям.
Практически каждый человек принимает относящиеся к погоде решения ежедневно, иногда такие незначительные как брать или нет на работу зонтик, иногда огромной важности в вопросах бизнеса или сохранности жизни. Например, 14 ноября 1969 г. было принято решение запустить «Аполлон-12» сквозь слой облаков. Державший курс на Луну космический корабль с тремя астронавтами на борту дважды ударила молния, корабль был серьезно поврежден, к счастью только временно, и предотвратить катастрофу удалось с трудом.
Вряд ли найдется такая отрасль промышленности, которая для более экономного и разумного использования своих возможностей не требовала бы помощи метеорологов.
Интересует погода хотя бы время от времени практически всех нас, она - постоянная тема разговоров, но знаем мы о ней далеко не все. На уроках в школе должного внимания погоде не уделяют, а популярной литературы о ней недостаточно.
Великие открытия в физике и математике сделали возможным изобретением массы физических приборов, которые позволяют измерить малейшие изменения в погоде.
Я заинтересовался этой темой и решил немного глубже изучить ее, попытаться изготовить в домашних условиях физические приборы, способные определять погодные изменения.
А так же я решил провести апробацию своих приборов в действии.
Цель работы: Создание и апробация физических приборов, способных определять погодные изменения, для более глубокого осмысления физического понятия «погоды» и изучения таких физических величин как влажность и температура.
Основная гипотеза проекта: раскрыть понятие погоды и возможность определения ее изменений с помощью физических приборов
Для достижения моей цели я выделил задачи:
В процессе работы я изучал литературу, где нашел материал о погоде, узнал, как сложно прогнозировать погоду, что влияет на ее изменения, также в работе используется возможности Интернета. Моя работа состоит из введения, 2-х глав и заключения. Во введении сформулированы основные идеи работы, первая глава посвящена изучению погоды с точки зрения физики, во второй главе проведено исследование, в заключении отражены соответствующие выводы.
Глава 1. Погода
Погода[1] - состояние атмосферы данного места в данный момент времени, обусловленное взаимодействием температуры, давления воздуха, осадков, влажности, облачности, ветров. Если речь идет о среднем состоянии атмосферы, о средней величине колебаний вышеупомянутых элементов, то этим мы определяем климат данного места; если же мы имеем в виду самую смену состояний атмосферы, мы говорим о погоде. Непрерывные колебания погоды наблюдаются на метеорологических станциях, и отдельные моменты (барометрическое давление, температура, осадки, ветреность и пр.) наносятся на таблицах и картах (посредством изолиний,). Некоторые явления, например, движение циклона и приближение шторма, предусматриваются с достаточной точностью, но в общем предсказание погоды до сих пор носит характер эмпирический и малодостоверный.
1.1 Влажность воздуха
Вода в атмосфере содержится в виде молекул (пар), капелек и кристалликов, влажность воздуха[2] характеризуется содержанием водяного пара в г/м3 Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, - максимальное влагосодержание (или максимальная упругость) водяного пара (Е). Процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре, - относительная влажность (%). Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром.
Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар насытит его и начнется конденсация - точка росы (Т°). Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может содержать, тем выше точка росы.
Водяной пар поступает в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности. Испарение зависит от температуры испаряющей поверхности и от относительной влажности воздуха. Насыщенный воздух не может вместить больше пара, если температура его не повысится. При повышении температуры
он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем может начаться конденсация. Так происходит, например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, оставляет на ней капельки росы. При отрицательной температуре выпадает иней. В воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман. Он состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.
От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%).
Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.
Количество водяного пара, находящегося в воздухе, называется влажностью воздуха. Для характеристики влажности употребляются следующие величины:
Количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью и измеряется или в весовых единицах (граммах), или выражается упругостью пара в миллиметрах (или миллибарах) ртутного столба. Относительная влажность представляет собой отношение упругости водяного пара, насыщающего пространство, к максимально возможной упругости водяного пара при данной температуре. Относительная влажность выражается в процентах. Для определения влажности воздуха применяется психрометром и волосяным гигрометром.
Психрометр
Психрометр[3] (от греч. psychros — холодный и ...метр), прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Состоит из двух термометров — сухого и смоченного. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный, теплоприёмник которого обвязан влажным батистом, — его собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения, происходящего с поверхности его резервуара. Вследствие расхода теплоты на испарение показания смоченного термометра тем ниже, чем суше воздух, влажность которого измеряется.
По показаниям сухого и смоченного термометров с помощью психрометрической таблицы номограмм или счётных линеек, рассчитанных по психрометрической формуле, определяется упругость водяного пара или относительная влажность. При отрицательных температурах ниже —5 °С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, П. даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром.
Порядок наблюдений по психрометру:
Наблюдения по психрометру при температуре воздуха около нуля имеют
следующие особенности:
Волосяной гигрометр
Волосяной гигрометр[4] предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса, менять свою длину в зависимости от изменения относительной влажности окружающего воздуха. Основное назначение волосяного гигрометра - измерять влажность в морозное время, когда по психрометру влажность не определяется. Но так как отсчет по гигрометру влажность не определяется.
1.2 Температура воздуха
Можно выделить три характерных слоя атмосферы Земли (рис.) [8]. Нижний и наиболее плотный слой – тропосфера, – простирающийся до высот порядка 8–10 км в высоких широтах и до 16–18 км в экваториальном поясе (в среднем – до 12 км), содержит около 80% массы всей атмосферы и характеризуется почти линейным распределением температуры. Средний слой уже существенно разреженной атмосферы включает в себя стратосферу и мезосферу и характеризуется резким максимумом температуры, достигающим 270 К на высотах около 50 км. Ещё выше расположена термосфера, в которой температура ионизированных газов увеличивается с высотой до 1000 К и более, а на высотах, превышающих 1000 км, термосфера постепенно переходит в экзосферу и далее – в открытый космос. Между тропосферой и стратосферой, мезосферой и термосферой существуют переходные слои – соответственно тропопауза (температура около 190–220 К) и мезопауза (около 180–190 К).
В тропосфере температура растёт с высотой почти линейно, тогда как в верхней атмосфере имеется резкий максимум на высотах около 50 км и повышение на высотах выше 90 км. Максимум связан с поглощением УФ-излучения Солнца озоном, повышение связано с ионизацией разреженного воздуха жёстким излучением Солнца.
| Рис. Распределение температуры в атмосфере Земли(Изображения) fiz. |
[2] |
Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. Большинство термометров измеряют собственную температуру. Средства измерения температуры обычно проградуированы по относительным шкалам — Цельсия или Фаренгейта.
На практике для измерения температуры используют:
Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.
Термометры этого типа действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла
Глава 2. Практическая часть.
Мои приборы предназначены для определения влажности воздуха и
температуры.
В практической части я изложил способы изготовления приборов, принципы
их работы, а также провел их апробацию.
2.1 Характеристика приборов.
Прибор № 1 «реагирующий на влажность»
Для изготовления данного прибора понадобилось: тонкая фанера размером
300 X 300 см; толстая фанера толщиной 20мм; оргстекло размером 30 X 15
см; сосновая шишка; тонкая проволока d 0,1 см, длиной 15 см; эпоксидная
смола (ЭД-5); клей (супер - момент).
Из фанеры я выпилил основание и стенки соответствующего размера,
оргстекло послужило лицевой стенкой прибора. На его основание я положил
шишку, к лепестку которой заранее приклеил проволоку. На вертикальной
стенке нанесена шкала. На приборе предусмотрено открытие верхней
крышки.
В зависимости от относительной влажности воздуха лепестки шишки
опускаются либо поднимаются. При высокой влажности воздуха лепестки
шишки накапливают на себе влагу, становятся тяжелее и опускаются, а при
низкой влажности соответственно поднимаются. На это реагирует стрелка и
изменяет свое положение относительно шкалы моего прибора. Этим
прибором можно определить изменение относительной влажности воздуха.
Прибор № 2 «реагирующий на температуру»
Для изготовления данного прибора понадобилось: капиллярная трубка; (ЭД-5), подкрашенный спирт; клей (супер - момент). Изготовление прибора я начал с создания резервуара внизу трубки, залил внутрь спирт и поместил трубку в емкость с горячей водой; при повышении температуры объем спирта увеличился, поэтому избыточная жидкость вышла наружу; в это время я закрыл отверстие.
В результате чего температура воды, находившаяся в емкости, стала максимальной температурой, определяемой моим прибором. С течением времени температура спирта в трубке сравнялась с температурой окружающей среды и понизилась, что привело к уменьшению объема жидкости и образованию вакуума внутри трубки.
Градуируя прибор, я опускал его в тающий лед (0), это и стало точной отметкой моего прибора. Максимальная температура, которую определяет мой прибор, является температура воды, в которую опускал трубку при изготовлении прибора, приблизительно (60) при нормальном атмосферном давлении. Этим прибором можно будет определять повышение или понижение температуры.
Прибор № 3 «реагирующий на влажность»
Для изготовления данного прибора понадобилось: деревянный брусок сечением 5x2 см и длиной не более 50 см; иголка; обезжиренный волос длинной 40 см; груз массой не больше 50 грамм; клей (супер - момент); (ЭД-5).
Один конец волоса я приклеил к верхней части бруска, а ко второму концу приклеил груз. На грузе установил стрелку. При изменении относительной влажности воздуха волос изменяет свою длину. По изменению длины волоса можно судить о том, как изменилась влажность воздуха.
2.2 Определение изменений в погоде.
Прибор № 3 «реагирующий на влажность»
Прибор предназначен для определения изменений во влажности воздуха. В течение месяца я ежедневно делал замеры изменений во влажности воздуха прибором. Замеры начал проводить с первого ноября 2009 года. Для прибора нулевым уровнем отсчета стало среднее положение стрелки прибора. Повышение стрелки на одно деление, относительно нулевого уровня отсчета, обозначалось мною как +1, а понижение как -1. Показания прибора я записывал в таблицу. По окончанию месяца сверил свои показания с показаниями метеорологических служб.
дата | Влажность (%) | Изменение Влажности воздуха Показания прибора № 3 (+); (+); от нулевого уровня отсчета |
1.11.09 | 85 | 0 |
2.11.09 | 85 | 0 |
3.11.09 | 76 | -2 |
4.11.09 | 79 | -1 |
5.11.09 | 73 | -3 |
6.11.09 | 72 | -3 |
7.11.09 | 80 | -1 |
8.11.09 | 85 | -1 |
9.11.09 | 86 | 0 |
10.11.09 | 88 | +1 |
11.11.09 | 87 | +1 |
12. 11.09 | 85 | 0 |
13.11.09 | 89 | +2 |
14.11.09 | 91 | +2 |
15.11.09 | 87 | +1 |
16.11.09 | 88 | +1 |
17.11.09 | 90 | +2 |
18.11.09 | 87 | +1 |
19.11.09 | 85 | -1 |
20.11.09 | 88 | +2 |
21.11.09 | 87 | +2 |
22.11.09 | 89 | +2 |
23.11.09 | 85 | 0 |
24. 11.09 | 84 | 0 |
25.11.09 | 86 | +1 |
26.11.09 | 87 | +1 |
27.11.09 | 85 | +1 |
28.11.09 | 88 | +1 |
29.11.09 | 90 | +2 |
30.11.09 | 86 | +2 |
Анализ данных таблицы показывает достаточную точность показаний моих приборов.
Прибор № 2 «реагирующий на температуру»
Прибор предназначен для определения изменений температуре. С 1 по 15 ноября 2009 года я делал замеры изменений в температуре воздуха. Нулевым уровнем отсчета стало нижайшее положение столба жидкости в трубке (т. е. 0°C). Повышение столба жидкости на одно деление, относительно нулевого уровня отсчета, обозначалось мною как +1. По окончанию месяца сверил свои показания с показаниями метеорологических служб. Результаты замеров заносил в таблицу.
дата | Температура °C | Изменение температуры воздуха Показания прибора № 2(+); от нулевого уровня отсчета |
1.11.09 | + | + |
2.11.09 | + | + |
3.11.09 | + | + |
4.11.09 | + | + |
5.11.09 | + | + |
6.11.09 | + | + |
7.11.09 | + | + |
8.11.09 | + | + |
9.11.09 | + | + |
10.11.09 | + | + |
11.11.09 | + | + |
12.11.09 | + | + |
13.11.09 | + | + |
14.11.09 | + | + |
15.11.09 | + | + |
Анализ данных таблицы показывает достаточную точность показаний моих приборов .
Заключение
Моя работа была посвящена теме «Погода как физическое понятие, практическое определение ее изменений». Работая над ней, и изготовляя физические приборы, я считаю, что время мной было потрачено не зря. Я больше узнал о погоде как о физическом явлении, расширил свои знания об основных характеристиках погоды: давлении воздуха, влажности, температуры.
Вы спросите: «Для чего я делал приборы, если нынешний рынок наводнен всевозможной продукцией и необходимый прибор можно купить в магазине?» «Для чего изобретать велосипед, если он уже изобретен» -скажите вы. Многие люди своими руками собирают велосипеды, и даже машины и не только потому, что они не в состоянии их приобрести. Мне кажется, дело в том, что им интересен сам процесс создания. Так и мне стало интересно своими руками изготовить действующие приборы.
Знакомясь с соответствующей литературой, я обратил внимание на их простоту и оригинальность. Например, обычная шишка может служить элементом физического прибора благодаря ее способности закрываться при увеличении относительной влажности воздуха и закрываться при ее уменьшении.
Таким образом, я считаю, цели, поставленные в ходе работы, удалось выполнить: я подробно изучил погоду как физическое явление, самостоятельно изготовил приборы, с помощью которых можно зафиксировать предстоящие изменения в погоде, также я приблизительно определил эти изменения.
Список литературы:
[1] Брокгауз, Ефрон, малый энциклопедический словарь
[2] "В мире науки", N10, 1990г
[3] Брокгауз, Ефрон, малый энциклопедический словарь
[4] Научные публикации в сети Internet
В.А. Сухомлинский. Для чего говорят «спасибо»?
Рисуем ветку берёзы сухой пастелью
Ёжикина Радость
Лепесток и цветок
Есть в осени первоначальной...