Физические явления в природе: Гроза
Российская Федерация
Челябинская область
Брединский район
МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
КНЯЖЕНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
457323 п. Княженский, ул. Генерала Григорьева 36, Брединского района, Челябинской области.
Проектная работа
по физике
«Физические явления в природе: Гроза»
Выполнили:
Цыс Вероника,
Набиуллина Римма
учащиеся 7 класса
Руководитель :Клексина М.И.,
учитель физики и математики
2016
Оглавление
1. Введение | |
1.1 Актуальность темы проекта | 3 |
1.2 Цели и задачи исследовательской работы | 3 |
2. Теоретический материал | |
2. | 4 |
2.2 Возникновение молнии и грозовых разрядов | 6 |
2.3 Виды молний 2.4 Что такое гром? | 8 9 |
3. Практическая часть | |
3.1 Правила поведения во время грозы | 10 |
4. Заключение | 12 |
5.Список источников и использованной литературы | 13 |
1 История изучения грозыГроза прошла, и ветка белых роз
В окно мне дышит ароматом…
Еще трава полна прозрачных слез,
И гром вдали гремит раскатом.
Александр Блок
- Введение
1.1 Актуальность темы проекта
Большую роль в понимании явлений природы и сохранении устойчивого окружающего мира играет ФИЗИКА, так как в основе большинства природных и технологических процессов лежат физические явления, описываемые физическими законами. Если мы будем знать причины опасных явлений в окружающей среде, то сумеем найти способы их устранения или использования.
1.2 Цели и задачи исследовательской работы
Цель работы: изучение природных электрических явлений – грозы и молнии.
Задачи работы:
1.Познакомиться с историей изучения грозы;
2.Узнать причину возникновения данного природного явления;
3.Рассмотреть сопутствующие грозе явления: гром и молния;
4.Разработать правила поведения во время грозы
Объекты исследования: электрические явления
Предмет исследования: молнии различных типов, возникающие во время грозы
Методы: сравнительно-аналитический, частично- поисковый, анализ, синтез.
2.Теоретический материал
2.1. История изучения грозы
Уже в XVII веке высказывались предположения, что молния – это гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры, проскакивающей между двумя разноимённо заряженными шариками. А проскакивает молния между двумя разноименно заряженными грозовыми облаками или между грозовым облаком и землей.
Исследования атмосферного электричества проводились во многих странах, но наибольший вклад в создание теории атмосферного электричества внесли российские академики Михаил Васильевич Ломоносов и Георг Рихман, и американский исследователь Бенджамин Франклин.
Бенджамин Франклин – выдающийся американский политический деятель, один из разработчиков американской Декларации независимости, занимался физикой всего семь лет, но сделать успел очень много. Франклин провел знаменитый опыт с воздушным змеем, запуская его при приближении грозовых туч. К верхнему концу вертикальной планки крестовины змея он прикрепил заостренную проволоку.
Как только змей оказывался под грозовой тучей, заостренная проволока начинала извлекать из тучи электрический огонь. Таким образом в 1752 г. было доказано, что грозовые облака действительно сильно заряжены.
Михаил Васильевич Ломоносов и его друг Георг Рихман в 1752-1753 гг. совместно проводили исследования атмосферного электричества, с помощью изобретенного Рихманом электрического указателя – прообраза электрометра. Рихман установил электрическое состояние атмосферы в отсутствие грома и молнии. А Ломоносов разработал теорию образования атмосферного электричества, происхождение которого он связывал с восходящими и нисходящими потоками воздуха.
У себя дома Георг Рихман устроил экспериментальную установку по изучению грозовых разрядов – «громовую машину». 26 июля 1753 г. во время сильной грозы, когда ученый приблизился к электрометру «грозовой машины» на расстояние 30см, неожиданно из толстого железного прута прямо в него ударил бледно-синий огненный шар величиной с кулак. Это была шаровая молния.
Раздался оглушительный взрыв и Рихман упал замертво.
Ломоносов тяжело переживал смерть своего друга и сделал все от него зависящее, чтобы имя Георга Рихмана навсегда осталось в истории науки.
Электрическую сущность грозовых явлений Ломоносов изложил в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих ». В результате своих исследований атмосферного электричества М. В. Ломоносов и В. Франклин пришли к заключению, что человек может отвлечь молнию от своих жилищ с помощью высоких заземлённых металлических стержней- «громоотводов » или, как их правильно называть, молниеотводов. Первый в мире молниеотвод в июне 1754 г. Водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии Прокоп Дивиш.
- 2.2Возникновение молнии и грозовых разрядов
Гроза — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом.
Рассекающая небеса молния вызывает страх. Так было тысячи лет назад. Так происходит и сегодня. Как бы ни храбрились люди, но немногие спокойно себя чувствуют, когда над головой возникают стрелы молний и грохочут раскаты грома. Учёные подсчитали, что ежегодно на нашей планете бушует 44 тысячи гроз и каждую секунду в землю вонзается 100 молний. Казалось бы, это явление должно уже быть хорошо изучено. И все же во многих случаях оно продолжает оставаться загадкой.
Молниями называют мощные электрические разряды в атмосфере, которые могут возникать как между отдельными кучевыми облаками, так и между дождевыми облаками и землей. Молния – это своего рода гигантская электрическая дуга, длина которой в среднем составляет 2,5 – 3 километра. О невероятной силе молний говорит тот факт, что ток в разряде достигает десятков тысяч ампер, а напряжение – нескольких миллионов вольт. С учетом того, что такая фантастическая мощность высвобождается в течении нескольких миллисекунд, разряд молнии вполне можно назвать своего рода электрическим взрывом невероятной силы.
Понятно, что подобная детонация неизбежно вызывает появление ударной волны, которая затем вырождается в звуковую, и затухает по мере распространения в воздушной среде. Таким образом становиться очевидным, что такое гром.
Молнии вызываются статическим электричеством. Оно обладает точно такими же свойствами, как и электричество, вырабатываемое искусственно, но образуется по–другому. Статическое электричество возникает естественным путём при трении двух веществ друг о друга. Молния возникает оттого, что частицы воды и воздуха, образующие облако, постоянно трутся друг о друга. При этом в облаке постепенно накапливается электрический заряд, который, в конце концов ударяет в землю либо в другое облако в виде гигантской вспышки.
Возникновение молнии и грозовых разрядов
- Внутри слоистых облаков возникают воздушные потоки, переносящие с места на место водяные капельки и крохотные льдинки.
- По мере того, как частицы воды и льда «трутся» друг о друга, в облаке накапливается большой потенциал статического электричества.
- Этот потенциал растет до тех пор, пока не разряжается гигантской искрой. Вы можете наблюдать эту искру в небе в виде вспышки молнии.
- Молния, пронизывая воздух, очень сильно его нагревает. Нагретый воздух стремительно расширяется, как при взрыве, производя при этом рокочущий звук – раскат грома.
- Вы легко можете определить, насколько далеко от вас гроза, если засечёте время между вспышкой молнии и первым после неё раскатом грома. Каждые пять секунд говорят о расстоянии примерно 2 км.
2.3 Виды молний
- Плоская.
- Линейная.
- Чечеточная.
- Шаровая.
Плоская молния представляет собой электрический разряд на поверхности облака, не имеет линейного характера
Линейная молния представляет собой искру длиной 1-10 км с разветвлениями, диаметром несколько сантиметров. Вспышка длится 0,01-0,1 с, температура превышает 25000°C. Часто происходит несколько повторных разрядов по одному и тому же каналу, при этом общая продолжительность вспышки может достигать 1 с и более
Чечеточная молния – разряд в виде цепочки отдельных точек и черточек.
Чечеточная молния имеет ряд утолщений на канале разряда; это яркие светящиеся узелки, или “ракеты”. Встречается очень редко.
Шаровая молния имеет сферическую форму, диаметр 10-50 см, движется медленно, может существовать 1-2 минуты, после чего исчезает со взрывом или без взрыва. Встречается редко.
2.4 Что такое гром?
Гром – это звуковые колебания, возникающие в атмосфере под влиянием ударной волны, вызванной мощным электрическим разрядом. С учетом того, что воздух в канале молнии мгновенно разогревается до температуры около 20 тысяч градусов, что превышает температуру поверхности Солнца, такой разряд неизбежно сопровождается оглушительным грохотом, как и любой другой очень мощный взрыв. Но ведь молния длиться меньше секунды, а гром мы слышим длинными раскатами. Отчего же так происходит, почему гремит гром? У ученых, изучающих атмосферные явления, есть ответ и на этот вопрос.
Почему мы слышим раскаты грома?
Раскаты грома возникают в атмосфере из-за того, что молния, как мы уже говорили, имеет весьма большую длину и поэтому звук от различных ее участков доходит до нашего уха не одновременно, хотя саму световую вспышку мы видим целиком в один момент.
Кроме того, возникновению громовых раскатов способствует отражение звуковых волн от облаков и поверхности земли, а также их рефракция и рассеивание.
3. Практическая часть
3.1. Правила поведения во время грозы
1. Если появились признаки приближения грозы, переждите ее в помещении.
2. Закройте окна, двери, дымоходы. Выключите телевизор, радио, электроприборы, телефон.
3. Держитесь дальше от электропроводки, антенны, окон, дверей.
4. Если гроза застала вас на улице, укройтесь в ближайшем здании.
5. Если гроза застала вас в парке, лесу, не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно таких, как дуб, тополь.
6. Если вы находитесь на возвышении, скале, в горах, немедленно спускайтесь вниз или ищите убежища в углублениях среди нагромождения камней.
7. Нельзя находиться на открытых незащищенных местах, вблизи металлических оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода и других объектов, которые с большой степенью вероятности могут быть поражены молнией.
8. Если гроза застала вас в водоеме, немедленно выбирайтесь на берег и отходите подальше от воды.
9. Почувствовав щекотание кожи, а также то, что у вас волосы поднимаются дыбом, знайте, что молния ударит поблизости от вас. Не раздумывая, бросайтесь ничком на землю – это уменьшит риск вашего поражения.
10. Если вы застигнуты грозой, будучи на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение, покиньте их и переждите грозу на расстоянии примерно 30 метров от них.
11. Если вы едете в машине, оставайтесь в ней. Закройте окна, опустите автомобильную антенну и остановитесь.
12. При отсутствии укрытия нужно лечь на землю, лучше на сухом песчаном грунте, удаленном от водоема. Если вам удобнее сидеть, то постарайтесь сжать колени вместе, обхватите их руками, опустите голову пониже.
13. Во время грозы не бегайте.
14. При встрече с шаровой молнией сохраняйте спокойствие и не двигайтесь. Не приближайтесь к ней, не касайтесь ее чем-либо, не убегайте от нее.
4.
Заключение
Изучив это природное явление, стало понятно, что гроза хоть и явление по-своему красивое, таит в себе немалую опасность. В своей работе мы рассказали лишь об одном природном явлении. Это только кажется, что такие бедствия происходят далеко от нас.
Таким образом, мы видим, что нас окружают разнообразные природные явления и процессы, которые уносят тысячи жизней. Именно изучение и прогнозирование таких явлений поможет нам избежать человеческих потерь.
5.Список источников и использованной литературы
Алексеева М.Н. (сост.). Физика – юным: Теплота. Электричество. Книга для внеклассного чтения. — М.: Просвещение, 1980. — 160 с.
Томилин Анатолий Николаевич. Мир Электричества.-М.:Дрофа,2004.
Л.Купер «Физика для всех. Введение в сущность и структуру физики». Том 1, Москва,1973 год
http://www.syl.ru/article/205425/new_chto-takoe-grom-grom-i-molniya—ustrashayuschee-yavlenie-prirodyi
явление грозы
Комплексное атмосферное явление, необходимой частью которого являются многократные электрические заряды между облаками или между облаком и землей (молнии)сопровождающиеся звуковым явлением — громом.
Г. связана с развитием мощных кучево-дождевых облаков, следовательно, с сильной неустойчивостью стратификации воздуха при высоком влагосодержании.[ …]
Гроза — это атмосферное явление, при котором между мощными кучево-дождевыми облаками и землей возникают сильные электрические разряды — молнии. Такие разряды достигают напряжения в миллионы вольт, а общая мощность «грозовой машины» Земли составляет 2 млн киловатт (при одной грозе расходуется столько энергии, что ее было бы достаточно для обеспечения потребностей небольшого города в электроэнергии в течение года). Скорость разряда достигает 100 тыс. км/с, а сила тока — 180 тыс. ампер. Температура в канале молнии — из-за протекающего там огромного тока — в 6 раз выше, чем на поверхности Солнца, поэтому почти каждый предмет, пронизанный молнией, сгорает. Ширина разрядного канала молнии достигает 70 см. Из-за быстрого расширения воздуха, нагревающегося в канале, слышны раскаты грома.[ …]
Грозы — частые и опасные климатические явления.
Обычно сопровождаются ударами молний, интенсивными ливнями, иногда с градом и шквалистыми ветрами. Грозы бывают причиной пожаров и гибели людей от прямого попадания молний.[ …]
Гроза принадлежит к тем явлениям природы, которые замечает самый ненаблюдательный человек. Ее опасные воздействия широко известны. Об ее полезных последствиях знают меньше, хотя они играют существенную роль. Прогноз грозы — одна из основных задач метеорологии; уже поставлен вопрос об управлении грозами. Необходимо знать, как изменяется грозовая активность в результате человеческой деятельности.[ …]
ГРОЗА — атмосферное явление, при котором в мощных кучево-дождевых облаках, между облаками и землей возникают многократные электрические разряды — молнии, сопровождающиеся громом. Г. обычно сопутствуют шквалистые ветры, ливневые осадки, нередко с градом. См. Неблагоприятные и опасные природные явления (НОЯ).[ …]
В этих явлениях мы имеем скорость движения, превышающую скорость звука, и мы увидим, что такие явления не могут существовать для нормальных, миллионы лет длящихся, природных процессов.
Только скоро преходящие, мгновенно существующие разрушительные природные процессы могут достигать в тропосфере такой мощности. Таковы некоторые грозы, смерчи, бури.[ …]
БЛИЗКАЯ ГРОЗА. Гроза с явлениями молнии и грома, причем промежуток времени между молнией и следующим за ней громом не превышает 10 с, что соответствует расстоянию грозового разряда от станции не более 3 км.[ …]
К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман, грозу, гололед, пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель, изморозь, росу, иней, обледенение, полярное сияние и др.[ …]
С точки зрения явления шаровой молнии вулканическая деятельность и извержения вулканов интересуют нас как физические явления, сопровождающиеся электрическими и оптическими процессами. Во время извержения выбрасываемая пыль может заряжаться в результате естественных процессов — движения, дробления и т. д. В результате выпадания заряженных частиц могут возникнуть области одного заряда, что приведет к тем же явлениям, что и при обычной грозе.
Вот как Плиний Младший [100] описывает извержение Везувия 79 г. н. э., в результате которого погибла Помпея.[ …]
Звуковое явление, сопровождающее электрические разряды (молнии) при грозе. Вызывается нагреванием и, следовательно, быстрым расширением воздуха вдоль пути молнии (взрывная волна). Так как звук от различных точек пути молнии приходит к наблюдателю неодновременно и многократно отражается от облаков и поверхности земли, Г. имеет характер длительных раскатов. Г. обычно слышен на расстоянии не более 15—20 км.[ …]
ШАРОВАЯ МОЛНИЯ. Явление, наблюдающееся иногда при грозе; представляет собой ярко светящийся шар различной окраски и величины (у земной поверхности обычно порядка десятков сантиметров). Ш. М. появляется после разряда линейной молнии; перемещается в воздухе медленно и бесшумно, может проникать внутрь зданий через щели, дымоходы, трубы, иногда разрывается с оглушительным треском. Явление может длиться от нескольких секунд до полминуты. Это еще мало изученный физико-химический процесс в воздухе, сопровождающийся электрическим разрядом.
[ …]
К антропогенным явлениям относятся грозы, ливни, град, ураганы, засухи — разрушительные явления на земной поверхности. Они также могут отрицательно влиять на природную среду.[ …]
Световые явления на горизонте при отдаленной грозе: молний не видно и грома не слышно; различается лишь освещение молниями облаков.[ …]
При электрометеорологических явлениях (грозы) в воздухе образуется аллотропная форма кислорода — озон, легко различимый обонянием (ощущение «свежести» водуха). Образуется озон также и при распаде радиоактивных веществ в почве, но в крайне ничтожных количествах. Существует превратное представление о том, что концентрация озона и число аэроионов в единице объема воздуха связаны некоторым соотношением. Еще никем не установлена зависимость между числом аэроионов в единице объема атмосферного воздуха и концентрацией озона, хотя возможно такая связь и возникает временно при грозовых явлениях. В обычных условиях такая связь, как известно, никем не обнаружена даже на электрокурортах, где концентрация аэроионов в 1 см3 доходит до 104—105.
В естественной обстановке наружного воздуха озон образуется благодаря ряду химических реакций, постоянно протекающих в природных условиях и хорошо известных еще со времен Шейнбейна (начало XIX века). В хвойных лесах озон возникает под влиянием окисления смолистых веществ. Озон получается при аутоксидации фосфора и т. д. При этих реакциях не выделяется ни отрицательных, ни положительных электрических частиц.[ …]
Шаровая молния и другие световые явления обсуждались в работах [401, 1863], в которых также имеются ссылки на более ранние сообщения о подобных явлениях во время торнадо. В работах [1863, 1865] рассмотрена физика электрической активности, сопровождающей торнадо, и высказано предположение о том, что гроза и электрическая активность могут привести к образованию торнадо. Позже в экспериментах с дугами с вихревой стабилизацией было установлено, что энергетический вклад электрической активности в общую энергию торнадо недостаточен для того, чтобы ее можно было считать существенным источником энергии [1892].
[ …]
В Советском Союзе больше всего дней с грозами наблюдается на Кавказе (до 60 дней в году), в центральных областях Украины (до 35), на Южном Урале (до 30 дней в году) Много гроз на юге Сибири, Приморского края, а также в Казахстане и на Алтае. Грозовые явления чаще бывают во второй половине дня, между 15 и 18 ч.[ …]
Синоним: газовые примеси. АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. В практике метеорологических наблюдений — обозначение тех атмосферных явлений, которые визуально наблюдаются на метеорологической станции и в ее окрестностях. Это осадки и туманы различных видов; метели; электрические явления — гроза, зарница, полярное сияние; шквал, пыльная буря, пыльный поземок, вихрь, смерч, ледяные иглы, мгла, снежная мгла, гололедица, смежный покров.[ …]
В примечании (графа 14) отмечаются особые явления, наблюдающиеся в период сбора осадков: пыльные бури, метель, дым, мгла, ливни, грозы и др.[ …]
В истории знания не так уж часто какое-то явление и отражающее его понятие расплываются до глобальных масштабов, охватывая все стороны жизни человека, физический и духовный мир его обитания.
Пожалуй, таковой в средние века была теология. В наши дни глобально понимание культуры, но оно все же прилагается к человеку, а не ко всему универсуму земной природы. А понятие «экология» сейчас приобретает именно глобальный масштаб. Соответствующему термину совсем неуютно в прокрустовом ложе расширяющегося представления об этой науке. Языковый Прокруст со взрывной силой тянет понятие «экология» в разные стороны и грозит разорвать его на части. Но терминологический взрыв не происходит. Вместо него возникла путаница слов, понятий и самого понимания что есть что. Казалось бы, должен проявиться эффект Вавилонской башни. Однако серьезного неудобства при этом не ощущается. Каждый вкладывает в термин свой объем понятия, индивидуальные его оттенки. Ситуация приблизительно такова: «моя» экология—это не «твоя» экология, но все же что-то сходное, только, пожалуйста, отдай назад «мое» слово «экология».[ …]
ТЕКУЩАЯ ПОГОДА. Условное наименование сведений о явлениях: погоды, шифруемых в метеорологических телеграммах под рубрикой кода у у.
Это преимущественно» осадки различных видов и градаций, туманы, грозы, метели и пр. в срок наблюдений или за последний час.[ …]
ГРОЗОВОЕ ОБЛАКО. Облако, с развитием которого связана гроза. Термин употребляется как синоним кучево-дождевого облака, хотя последнее не обязательно сопровождается грозовыми явлениями.[ …]
Поскольку шаровая молния чаще всего связана с молнией и грозами, для ранних исследователей было естественным попытаться использовать в лабораторных экспериментах атмосферную молнию. В работах [577, 617, 1058, 1212, 1443, 1444] первое научно зафиксированное исследование явления, похожего на шаровую молнию, связывается с именем профессора Рихмана из Петербурга. Считается, что разряд, похожий на шаровую молнию, случайно образовался во время грозы. Этот случай получил широкую известность в кругу исследователей явлений, связанных с линейной и шаровой молнией. Такая известность обусловлена не столько результатами самого эксперимента, сколько тем фактом, что шаровая молния, как сообщалось, ударила Рихмана в лоб, в результате чего он 6 августа 1753 г.
скончался.[ …]
Территориям, которые были лишены защищающих их деревьев, грозят запустение и возникновение карста (явления, приводящего к смыву горных пород под воздействием поверхностных и подземных вод). Подсчитано, что естественного восстановления равнинных тропических лесов не произойдет в течение 100 лет. На высокогорных пространствах, покрытых в прошлом лесами, после искусственно вызванной гибели деревьев произошел смыв практически всего почвенного слоя. Вследствие этого восстановление растительности в этих районах даже искусственным путем практически невозможно.[ …]
Особняком от упомянутых стихийных бедствий стоит такое природное явление, как гроза, достаточно часто приводящее к пожарам, а иногда и к жертвам.[ …]
В начале этой главы мы упоминали, что шаровая молния появляется во время грозы. И снова это необычное явление ставит перед нами еще один нерешенный вопрос. Дело в том, что она может появляться и без грозы. Обратимся к фактам. На рис. 1.6 представлено распределение числа событий по месяцам, составленное по данным нашего опроса и содержащее 884 случая.
Эта гистограмма довольно хорошо повторяет распределение грозовой активности в течение года. Мы видим отчетливый максимум в июле, на который приходится почти 40 % всех случаев наблюдения шаровой молнии. На три летние месяца падает 83 %, а если включить май и сентябрь, в течение которых также нередко случаются грозы, особенно в южных районах Советского Союза, то на этот период приходится 93 % общего числа событий. Сходная картина наблюдается и в США. Согласно [7] находим, что из 98 наблюдений, для которых был указан месяц, на июль приходится 35 (т. е. около 35%), на июнь и август — 28 и 18; таким образом, три летних месяца дают 83 %. В мае наблюдалось 7 случаев, а в сентябре— 4, т. е. период с мая по сентябрь включительно охватывает 94 % всех событий. Кроме того, наблюдалось два случая в октябре, один — в ноябре и три — в апреле.[ …]
Случай 5. В работе Уитмана [1937] описан еще один случай наблюдения шаровой молнии во время грозы с сильным дождем вблизи г. Кобург (ФРГ). Круглый ярко светящийся шар желтоватого цвета появился перед наблюдателем на расстоянии примерно 24 м, на высоте около 16 м над землей.
Шар имел диаметр 50-100 см и опускался вниз со скоростью около 4 м/с. Полет молнии закончился на вершине расположенного вблизи дерева. Там она распалась на 8-12 небольших шаров диаметром 12-15 см каждый, которые светились таким же желтоватым цветом. Затем маленькие шары продолжали падать вниз и бесшумно исчезали после контакта с землей. Появление первоначального шара не сопровождалось вспышкой молнии, так что нельзя говорить об остаточном изображении на сетчатке глаза. Явление повторно наблюдалось спустя несколько минут и протекало вполне аналогично первому. Можно заметить, что последовательность событий при данном наблюдении шаровой молнии противоположна зарегистрированной Скоттом [1610]. Последний отметил, что множество небольших, как бы развешанных на дереве и светящихся зеленым цветом шариков поднялось вверх и слилось в один большой шар, который затем свободно поплыл в воздухе.[ …]
Кажется, уже достаточно примеров стихов, в которых наши великие поэты отразили черты процессов и явлений, нашедших своё физическое истолкование только в следующем XX столетии.
Во многих стихах есть поэтические описания природных процессов, которые для ученых могут служить примерами точности, краткости и красоты предлагаемых картин времён года. Описание весны в первых трёх строфах 7-й главы Евгения Онегина, «Осень», 1833г., у Тютчева: «Весенняя гроза», «Весна», «Весенние воды», «Нет, моего к тебе пристрастья я скрыть не в силах, мать-Земля», у Фета «Всю ночь гремел овраг соседний».[ …]
По оценкам специалистов, территория России подвержена воздействию всего спектра опасных природных явлений и процессов геологического, гидрологического и метеорологического происхождения. Для населения и окружающей среды России наибольшую опасность представляют землетрясения, наводнения, оползни и обвалы, смерчи, лавины, сели, цунами. Другие виды стихийных бедствий, имеющие экологические последствия, — подтопления, шквалы, ураганы, тайфуны, град, продолжительные ливни и снегопады, грозы, метели, ландшафтные пожары, подъем воды Каспийского моря.[ …]
ШТОРМОВОЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.
1. В авиационной службе погоды — предупреждение об ожидаемых или имеющихся явлениях погоды, усложняющих или исключающих полет, напр.: видимость менее 2000 м, нижняя граница облаков 100 м и ниже, гроза, шквал, гололед, обледенение.[ …]
Связь с молнией. Появление шаровой молнии связывается, как правило, с обычными разрядами молний во время гроз, торнадо (смерчей), землетрясений и других необычных явлений природы. Эти наблюдения служат основой гипотезы, согласно которой шаровая молния связана с разрядом обычной молнии и представляет собой некоторое электрическое явление. Такая связь подтверждается сообщениями, в которых описывается появление шаровой молнии одновременно с произошедшим поблизости разрядом обычной молнии, сразу после него или непосредственно перед ним. Около 90% сообщений связано с наблюдением шаровой молнии во время грозы. Этот процент совпадений подтверждается и данными других обзоров [300, 919, 413, 1564].[ …]
Метеорологическими объектами, изучаемыми методами Р.
, являются прежде всего области выпадения осадков и связанные с ними явления (грозы, облака). Исследование тропических циклонов значительно продвинулось вперед в связи с применением Р. Кроме того, Р. широко применяется для определения скорости и направления ветра за облаками и при любых условиях видимости посредством радиолокационного наблюдения за летящим свободно радиопилотом.[ …]
Процесс этот начался раньше двадцати тысяч лет тому назад и в XX столетии достиг максимума, временно за последнее двадцатилетие разрушаемого безумными войнами и убийствами. Мы как раз сейчас переживаем такой момент разрушительной мировой войны. Но эти, в сущности, по сравнению с грандиозностью биосферы, мелкие явления не могут остановить процесс, который подготовлялся миллиардами лет (§ 114). В бурях и в грозе зарождается ноосфера.[ …]
Какая наука стоит за грозой?
Всем известен оглушительный звук, издаваемый во время муссона, когда свет вспыхивает по небу и через несколько мгновений раздается громкий грохочущий звук.
Это гроза. Его невозможно произвести без молнии. Гроза определяется как гроза или гроза, оказывающая акустическое воздействие на атмосферу Земли, известное как гром или гроза. Существует несколько типов гроз: одноячеечные, многоячеистые шквалы, суперячейки и т. д.
Грозы обсуждаются в NCERT класса 7 и 8 соответственно в главах «Ветер, бури и циклоны» и «Природные явления». Заинтересованные студенты могут посетить эти главы, чтобы расширить свою базу знаний.
Давайте углубимся в метеорологические объяснения гроз. Он состоит из трех основных компонентов:
Развитие грозы
Как правило, грозы имеют стадии роста, развития, электрификации и рассеяния, и они развиваются в начале дня. Солнце нагревает земную почву и благодаря этому нагревается приземный воздух. Горячий воздух становится легким и поднимается в атмосферу. Когда эти карманы воздуха достигают определенного уровня, образуются кучевые облака.
По мере того, как воздух продолжает нагреваться, облака поднимаются вверх в атмосферу, пока не приобретут форму наковальни.
Когда облако растет, температура воздуха понижается, и внутри облака образуются осадки. Если температура резко понизится, то образуется лед, град и дождь. Когда эти частицы скользят друг в друга из-за трения, они становятся электрически заряженными.
Легкий ледяной кристалл становится положительно заряженным и поднимается вверх под действием поднимающегося воздуха. Тяжелый кристалл льда становится отрицательно заряженным и остается в подвешенном состоянии или движется к нижней части грозовых облаков. Затем образуется молния.
Молния — это электрическая искра в атмосфере или между атмосферой и землей. Мы знаем, что воздух является изолятором между отрицательными и положительными зарядами и находится между землей и облаками. Когда разница между зарядами становится слишком большой, разность потенциалов становится слишком высокой, и воздух больше не является изолятором переменного тока, тогда происходит быстрый разряд электричества, известный нам как молния.
Читайте также| Какая наука стоит за молнией?
Теперь мы с научной точки зрения знаем, что происходит во время грозы. Ниже приведены некоторые условия, влияющие на грозы.
Молния
Молния — это природное явление, при котором электрический заряд быстро течет в течение очень короткого времени из-за высокой разницы напряжений между землей и облаками. Этот сильный, внезапный и быстрый электростатический разряд сопровождается яркой вспышкой и громом.
Поскольку гром — это звук, издаваемый молнией, ясно, что без молнии гроза невозможна.
Град
Другим распространенным эффектом является град. Это форма дождевых капель, которые поднимаются вверх в чрезвычайно холодные районы и превращаются в сферические частицы льда, известные как град.
Грозы имеют сильное восходящее движение и могут поднимать вверх переохлажденные кристаллы льда, где они сталкиваются с большим количеством переохлажденной воды и продолжают становиться тяжелее.
Когда вес становится настолько тяжелым, что гроза больше не поднимает их, тогда падает град
Дождь и наводнение
Дождь — еще одно явление, сопровождающее грозу. Это кажется очевидным, но дождь на самом деле является одним из самых опасных аспектов грозы, потому что дождь может вызвать наводнение, которое может стать смертельным.
Ветер
Распространенным эффектом грозы является ветер. Мы говорим не о торнадо, а о прямолинейных ветрах. Существует ряд различных процессов, из-за которых могут возникать сильные грозовые ветры, но большинство грозовых ветров, наносящих ущерб земле, являются результатом оттока, развиваемого нисходящим потоком.
Торнадо
Это быстро вращающийся столб воздуха или облако в форме воронки, простирающееся от грозы до поверхности Земли. Торнадо — одно из самых страшных последствий грозы.
Знаете ли вы, каковы меры безопасности при грозе? Ниже приведены некоторые меры безопасности, о которых вы должны знать.
Перед грозой
Подготовка — ключ к безопасности.
Регулярно узнавайте прогнозы погоды.
Следует быть в курсе предупреждений о неблагоприятных погодных условиях в вашем районе и/или организации.
Составьте план укрытия и того, как вы будете общаться во время грозы.
Старайтесь держать окна и двери закрытыми, растения и деревья подстригать, а также перемещать внутрь ценные предметы.
Во время грозы
Во время грозы вы должны быть на связи с погодным радио NOAA, профессиональными метеорологами или местными властями во время грозы.
Если вы находитесь дома или на работе, найдите безопасное укрытие, чтобы избежать опасности молнии, ветра, торнадо, града и дождя.
Если вы находитесь на улице, найдите безопасное укрытие.
Укрытие под деревом может быть смертельным, так как молния часто бьет в деревья, а ветер может вырвать деревья с корнем.
Если вы не можете попасть внутрь, держитесь подальше от деревьев, землянок, телефонных и электрических столбов и других высоких объектов.
Если вы находитесь внутри автомобиля, то это безопаснее, чем снаружи.
Читайте также| Какая наука стоит за землетрясением?
После грозы
Первое, что вы должны сделать, это убедиться, что гроза действительно закончилась. Вы можете использовать местные новостные станции, NOAA Weather Radio и т. д., чтобы узнать о состоянии штормов. Затем вы можете сообщить своей семье и друзьям, что с вами все в порядке. держитесь подальше от опасных мест, таких как линии электропередач в поврежденных зданиях.
Теперь у нас есть научное понимание гроз. Они случайны и опасны, поэтому помните о мерах безопасности и оставайтесь защищенными. Надеюсь, вам понравилась статья.
Подпишитесь на план членства
*Откройте все премиум-контент и преимущества:
Мюоны обнаруживают рекордное грозовое напряжение
• Физика 12, 29
Гроза, исследованная с помощью атмосферных мюонов, имела электрический потенциал, превышающий один миллиард вольт, что намного выше значений, измеренных ранее.
iStock.com/jerbarber
Настоящий шок. Используя мюонный детектор, исследователи измерили рекордный электрический потенциал грозы, превышающий 1 миллиард вольт.iStock.com/jerbarber
Настоящий шок. Используя мюонный детектор, исследователи измерили рекордный электрический потенциал грозы, превышающий 1 миллиард вольт.×
Исследователи зафиксировали грозу с электрическим потенциалом около 1,3 миллиарда вольт (ГВ), что в 10 раз превышает самое большое значение, о котором когда-либо сообщалось.
В новом методе наблюдения за грозой команда использует мюоны, падающие на Землю в результате попадания космических лучей в атмосферу. Потенциал грозовой тучи может уменьшить энергию заряженных частиц и уменьшить вероятность того, что они будут обнаружены под грозой. Новое измерение показывает, что возможны грозы с потенциалами в несколько миллиардов вольт, напряжениями, достаточно высокими, чтобы объяснить загадочные вспышки высокоэнергетического гамма-излучения, иногда наблюдаемые во время гроз.
С тех пор, как Бенджамин Франклин запустил воздушного змея в ненастный полдень в 1752 году, мы знали, что грозы включают в себя электрические явления — молния и гром — это проявления внезапных разрядов между заряженными областями атмосферы. Чтобы изучить электрическую структуру грозовых облаков, исследователи отправляют самолеты или воздушные шары в очаги гроз. Эти тесты обнаружили электрические потенциалы, превышающие десятки миллионов вольт, при этом наибольшее значение, 130 мегавольт, наблюдалось во время горного шторма в Нью-Мексико в 1990-х [1].
Метод, разработанный Сунилом Гуптой из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, Индия, и его коллегами, основан на изучении влияния гроз на обнаружение частиц с помощью G3MT, мюонного телескопа в Южной Индии (часть космической станции GRAPES-3). устройство обнаружения лучей). Телескоп обнаруживает мюоны, генерируемые в атмосфере космическими лучами — заряженные частицы, которые в основном приходят из-за пределов Солнечной системы. Исследователи на нескольких других мюонных телескопах ранее наблюдали грозы, связанные с изменениями измеренного количества мюонов (потока). Теперь команда Гупты сделала следующий шаг и разработала количественный метод. «Мы поняли, что GRAPES-3 — идеальный инструмент для измерения грозовых потенциалов, в частности, для самых сильных штормов», — говорит Гупта.
Большинство мюонов, обнаруженных G3MT, представляют собой положительно заряженные антимюоны, которые обычно теряют энергию, реагируя на сложное расположение зарядов грозового облака.
В период с 2011 по 2014 год исследователи собрали данные о 184 грозах, отметив семь крупнейших событий. Однако шесть из них имели сложный временной профиль, из-за чего было трудно вычислить потенциал.
Исследователи сосредоточились на седьмом шторме, который произошел 1 декабря 2014 года, и получили пиковый, рекордный электрический потенциал в 1,3 ГВ.
«Этот метод на основе мюонов обеспечивает уникальный, хотя и косвенный, способ исследования электрических полей в крупнейших естественных ускорителях частиц на Земле — молнии и грозы», — говорит Майкл Черри, изучающий космические лучи высоких энергий и гамма-лучи в Луизиане. Государственный университет в Батон-Руж. По его словам, анализ зависит от моделирования Монте-Карло и от упрощающих предположений, которые могут не применяться ко всем штормам, но полученное значение ясно указывает на гораздо больший потенциал, чем те, которые ранее измерялись с помощью воздушных шаров. Он предполагает, что запуск воздушного шара или дрона во время грозы при наблюдении за мюонами может обеспечить проверку одного ключевого параметра модели: 2-километрового расстояния между пластинами эквивалентного грозовому облаку конденсатора.
Новое открытие может также помочь исследователям решить атмосферную загадку, говорит Гупта.
С 1994 года спутниковые измерения выявили вспышки гамма-излучения, исходящие с высот в десятки километров. Исследователи предполагают, что эти вспышки могут быть вызваны электронами, ускоренными грозой, но предыдущие измерения не выявили достаточно больших грозовых потенциалов. Однако недавно обнаруженные потенциалы в гигавольтном диапазоне намного ближе к значениям, необходимым для получения наблюдаемых гамма-лучей. Команда Гупты сейчас устанавливает детекторы гамма-излучения вокруг GRAPES-3, надеясь предоставить убедительные доказательства, улавливая вспышки гамма-излучения, совпадающие с грозой гигавольтного уровня.
Это исследование опубликовано в Physical Review Letters .
– Маттео Рини
Маттео Рини – редактор журнала Physics Magazine .
Ссылки
- Т. Маршалл и М. Столценбург, «Напряжения внутри и непосредственно над грозами», J. Geophys. Рез.: Атмос. 106 , 4757 (2001).
Предметные области
ГеофизикаЧастицы и поляМеждисциплинарная физика
Статьи по теме
Частицы и поля
Реакторные нейтрино, обнаруженные водой