Исследовательская работа "Изменение атмосферного давления" (7 класс)

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ

РАБОТА

Изменение атмосферного давления

 Ф.И. автора:

Рубцов Илья,

обучающийся 7а класса  МБОУ СОШ№8;                       

 Ф.И.О. руководителя:

Андреева О.А., учитель физики МБОУ СОШ №8

2014

Оглавление

Оглавление…………             2

Введение  ……………            3

Глава 1              

 Теоретическая часть…..        5

·        Взаимосвязь изменения атмосферного давления с изменениями погоды

·        Влияние изменения атмосферного давления на живые организмы

·        Из истории измерения атмосферного давления

Глава 2                 

  Практическая часть ……….           10

Заключение     ………..        13

Литература   ……….            14

Приложение    ………          15     

Введение

  Всем известно, что нашу планету окружает воздушная оболочка, называемая атмосферой. Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление. Давление атмосферы Земли (атмосферное давление) рассматривается как вес столба воздуха высотой несколько сотен километров, действующий на единицу площади. Нормальное атмосферное давление составляет около 760 мм рт. ст. (101325 Па). Помните, в романе «Золотой теленок» Ильфа и Петрова, Великий комбинатор поделился с Адамом Козлевичем новостью, что на каждого из нас, оказывается, давит столб воздуха силой в 214 кило? Да, атмосфера имеет вес, и она на нас давит. Но каждый раз по-разному, и это зависит от погоды. Когда ярко сияет солнце, давит сильнее, когда пасмурно и капает дождик – давит слабее. Более того, изменение атмосферного давления, как правило, происходит раньше, чем изменение погоды, поэтому, обнаружив, вовремя перемену давления, мы можем предсказать: пойдет ли завтра дождь или снег, а может наоборот – будет солнечно и сухо. Так измерив, атмосферное давление можно с большей вероятностью предсказать возможные изменения погоды. Приборами для измерения атмосферного давления служат барометры.

Мои родители имеют дом в деревне и содержат подсобное хозяйство. Летом при заготовке сена необходимо заранее знать о предстоящей погоде на несколько дней. Но у нас нет барометра. Кроме того, мы с папой увлекаемся ловлей рыбы, но не всегда получаем удачный улов. Я слышал от моего дедушки, что это может зависеть от погоды. Меня заинтересовала эта информация, и я решил разобраться с этим. Просматривая информацию на различных сайтах интернета, я нашел рекомендации для изготовления барометра своими руками. Воспользовавшись этим, я сконструировал макет самого простого барометра. Он позволяет отслеживать изменение  атмосферного давления.

Цель работы: изготовление барометра своими руками и проверка достоверности его показаний.

Задачи:

1.     Понять физическую сущность атмосферного давления.

2.     Выяснить взаимосвязь изменения атмосферного давления с погодными условиями.

3.     Найти информацию о влиянии изменения атмосферного давления на живые организмы.

4.     Познакомиться с  историей измерения атмосферного давления.

5.     Узнать, как изготавливается барометр своими руками.

6.     Изготовить барометр и сравнить его показания с метеопрогнозами.

Глава I

Теоретическая часть

Взаимосвязь изменения атмосферного давления с изменениями погоды

Атмосферное давление может о многом рассказать. Прежде всего, оно помогает предсказать погоду. Если атмосферное давление повышается, это означает, что погода будет хорошей: зимой − холодная, но устойчивая погода, летом − жаркая и устойчивая; если резко падает, то можно ожидать появления облачности, насыщения воздуха влагой; понижение давления летом означает похолодание, зимой − потепление. Стоит также знать, что давление претерпевает изменения в течение суток. В ночное время оно повышается, а днем — понижается. Происходит это в связи с перепадом температур. Объяснить это примерно можно так. Известно, что при охлаждении газ сжимается, становится более плотным и, следовательно, более тяжелым. Значит, с наступлением морозов, или неприятной холодной погоды давление в атмосфере изменяется, а именно, увеличивается.

При потеплении происходит обратный процесс. Газ расширяется, становится более легким и атмосферное давление падает.

Теперь понятно, почему давление воздуха изменяется в течение дня. Утром воздух начинает прогреваться под лучами солнца, и давление начинает падать. Так происходит до полудня. Дальше воздух охлаждается к вечеру, и давление начинает повышаться.

Кроме изменения давления в течение дня, происходят сезонные изменения. Зимой, с наступлением сильных морозов, или холодной погоды осенью, атмосферное давление более высокое, чем жарким летним днем.

По изменению давления можно предсказать погоду. С наступлением тепла связано понижение давления, повышение давления ведет за собой наступление холодной погоды.

На поверхности Земли давление атмосферы распределяется, вслед за температурой, полосами. Изменяется давление в связи с неравномерным нагревом и перемещением атмосферных слоев. На экваторе, где воздух хорошо прогревается, устанавливается зона низкого давления, а на полюсах, где всегда холодно – высокое давление.

Ввиду различного распределение атмосферного давления по поверхности Земли, происходит движение атмосферных фронтов и воздушных масс, что определяет скорость и направление ветра.

Влияние изменения атмосферного давления на живые организмы

Изменение атмосферного давления влияет на жизнедеятельность человеческого организма. Организм не успевает подстраиваться  под  действие колебаний давления, что приводит к нарушениям его функционирования. Повышенной чувствительности к перепадам давления особенно подвержены дети, а также лица среднего и пожилого возраста с различными хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной систем, опорно-двигательного аппарата. Такие люди обычно интересуются прогнозом на ближайшие дни, чтобы можно было принять соответствующие меры и предупредить обострение своих заболеваний.

Изменения атмосферного давления непосредственно влияют на жизнедеятельность обитателей водоемов. Наиболее активный клев, то есть тот, про который рыбаки говорят «хороший», отмечается в тех случаях, когда в течение нескольких дней наблюдается устойчивая погода, атмосферное давление близко к нормальному (среднему многолетнему) для данного сезона года и данного водоема, учитывая его высоту над уровнем моря. Причем это равносильно как для периода с высоким, так и для дней с низким давлением. Плохой клев или его полное отсутствие повсеместно отмечается при достаточно быстром росте или падении давления, например, 5-10 мм рт.ст. за сутки. После чего плохой клев может отмечаться еще в течение 1-2 суток.

Каковы же причины ухудшения клева при резких колебаниях давления и его резком подъеме? Видимо, их можно связывать с изменениями плавучести рыб при изменениях давления. Газы, наполняющие плавательный пузырь, при увеличении давления сжимаются, а при уменьшении - расширяются. Меняется объем пузыря, меняется плавучесть рыб. Их, то тянет вверх - при падении давления, то прижимает ко дну - при повышении. При повышении давления восстановление нормального количества газа у них в пузыре идет крайне медленно, а переход на меньшие глубины часто связан с попаданием в обедненные кислородом слои воды. Резкие колебания давления, связанные с необходимостью то увеличивать количество газа в плавательном пузыре, то уменьшать его, видимо, создают особенно дискомфортные условия для рыб.
Я думаю теперь вам понятно, почему для предсказания погоды нужно вести систематические наблюдения не только за скоростью ветра, температурой и влажностью воздуха, но и за изменением атмосферного давления.

Из истории измерения атмосферного давления

Многие века ученые пытались найти способ предсказывания погоды и построения метеопрогнозов на ближайшее время. Польза от таких знаний очень часто имела решающее значение в жизни людей, поэтому великие ученые пытались найти решение данной задачи. Одним из первых изобретателей, предложивших идею создания такого приспособления, как барометр, был Галилей, однако осуществить его задумку удалось только в 1643-м году его знаменитыми учениками Вивиани и Эванджелисто Торричелли.

  Торичелли навсегда вошел в историю как человек, доказавший существование такого понятия как атмосферное давление. Он впервые сформировал гипотезу, что человек живет на дне воздушного океана, постоянно оказывающего на него определенное давление, и предложил одному из своих учеников измерить его величину при помощи запаянной трубки, наполненной ртутью. Когда трубка опрокидывалась в сосуд с ртутью, вещество оставалось на определенной высоте, а над ртутью в трубке появлялось пустое пространство.

  Именно в ходе данного эксперимента был сконструирован первый старинный барометр. Этот опыт, проведенный Торричелли в 1643 году, положил начало научной метеорологии.

  Ртутный барометр отличается очень высокой точностью измерения атмосферного давления и широко применяется в метеорологии. Практически каждая метеостанция имеет в своем распоряжении такой барометр. В тоже время главным недостатком ртутного барометра является его конструкция. Она не позволяет использовать прибор в быту, так как существует высокая вероятность вытекания ртути, которая вредна для здоровья человека.

  В 1670-м году Роберт Гук, известный английский ученый, создал шкалу барометра, в которой низкое давление указывало на приближающийся шторм и дождь, а высокое – на сухую солнечную погоду. Такой старинный предмет стал прообразом современных комнатных барометров..

  Особенно важным стало изобретение водяного барометра, созданного Отто фон Гериком. Этот изобретатель впустил в эвакуированный сосуд воду из специального чана и начал поднимать сосуд. Эти опыты закончились появлением первого водяного барометра, состоявшего из деревянной фигурки, плававшей в верхней части эвакуированной трубки по поверхности воды. Такое приспособление указывало на уровень атмосферного давления.

  Герике впервые связал атмосферное давление с метеорологическими явлениями и сумел доказать, что все изменения уровня воды и колебания ее высоты в трубке зависели от определенной внешней причины. Ранее считалось, что высота водяного столба была связана с природной боязнью пустого пространства, однако Герике описал этот процесс как существование равновесия между атмосферным давлением и давлением водяного столба. Так, он не только преодолел заблуждение, считавшееся истинным на протяжении многих столетий, но и основал принципы научного предсказания погодных условий.

  В 17 веке великий немецкий математик и физик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц высказал идею создания анероидного барометра, но не построил его. С греческого языка "анероид" дословно переводится как "безводный". Это означает, что барометр анероид для измерения атмосферного давления не использует ртуть. Первый в мире анероидный барометр построил в 1847 году французский инженер Люсьен Види.

  Главной деталью анероидного барометра является запаянный металлический цилиндр с гофрированной поверхностью, из которого выкачан определенный объем воздуха, т.е. внутри находится разряженный воздух. Если атмосферное давление повышенное, то цилиндр сжимается, если же давление пониженное, то он расширяется. По точности измерения атмосферного давления анероидные барометры уступают ртутным барометрам. Погрешность из измерений находится в пределах 1-2 мбар.  Большим преимуществом анероидного барометра является его мобильность и безопасное использование в бытовых условиях.

Современный барометр - барограф также измеряет атмосферное давление, рисуя на специальном бланке что-то вроде «кардиограммы», по ней можно определить, какой погоды ожидать. Если давление понижается, самописец барографа делает скачок вниз. Это означает приближение непогоды, возможное выпадение осадков в виде дождя или мокрого снега, туман. Если же атмосферное давление повышается, это значит, что наступит ясная погода.

Глава II

Практическая часть

Постановка опытов очень увлекательное занятие. Все проведенные мною опыты просты и проводятся с выполнением техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях, особенно впервые. Я описываю предварительную подготовку и стадии выполнения, что позволяет в дальнейшем аккуратно обращаться с предметами и правильно организовывать план своей работы. Помимо изучаемых явлений природы, в этих опытах можно параллельно познакомиться с законами физики (электричество) и приобрести технические навыки (паять, собирать электрическую цепь, работать отвёрткой). Это всегда пригодиться мужчине.

Итак, как же сделать барометр своими руками и что для этого нужно?

Барометр из стеклянной бутылки

Потребуется нам стеклянная бутылка и стеклянная, прозрачная трубка. В пробке сосуда необходимо проделать небольшое отверстие, равное диаметру стеклянной трубки. Затем заполнить его на 1/3 дистиллированной водой и вставить в крышку трубку так, чтобы был небольшой отступ от дна. Воду можно подкрасить, добавив в нее капельку чернил. Стык трубки с пробкой тщательно промазывается пластилином или другим герметизирующим веществом. Если трубка полностью заполнена воздухом или даже появляются пузыри снизу, то в ближайшие дни погода должна быть хорошая. Если жидкость в трубке поднялась выше уровня жидкости в сосуде, то лучше воздержаться от различного вида поездок и походов на улицу. Для удобства фиксации изменения уровня жидкости в трубке можно прикрепить к корпусу бутылки шкалу с делениями.

Барометр из сосновой шишки.

Дерево, кожа, другие органические материалы, даже наши волосы чутко реагируют на любые изменения погодных условий – во влажном воздухе волосы становятся длиннее, кожа - мягче, а дерево меняет объем... Например, под дождем чешуйки сосновой шишки плотнее прижимаются друг к другу, а в сухую погоду, наоборот, раскрываются, отчего шишка становится ершистой.

Такое свойство и можно использовать и сделать простейший барометр, предсказывающий погоду на несколько часов вперёд. Для изготовления барометра вам понадобятся две ровные деревянные дощечки для основания и боковины. Соедините их на клею, укрепив мелкими гвоздями, как показано на рисунке, из плотной бумаги вырежьте шкалу, нарисуйте на ней деления и два знака: солнце и зонтик, у самой боковины прикрепите к основанию крупную сухую сосновую шишку. К одной из нижних ее чешуек приклейте еще сухую былинку с бумажной стрелкой на конце.

Установите барометр на балконе или за окном - и, пожалуйста, с высокой точностью он подскажет, брать пи в этот день с собой зонтик.

 Барометр из ветки пихты или сосны.

Для изготовления такого барометра необходимо срезать ветку с молодой пихты или сосны. После отделить от неё отрезок длиной 10 см с растущей сбоку тоненькой длинной иголкой. Затем возьмите ровную дощечку или фанерку размером 150x100 мм и прибейте к ней заготовленный кусочек пихты так, чтобы игла могла свободно двигаться – барометр готов. Только его надо отградуировать: поднесите прибор к горячей печке или плите — от тепла игла выпрямится и поднимется вверх, там, где она остановится, сделайте риску; поднесите прибор к струйке пара, вырывающейся из носика чайника – от воздействия влаги иголка опустится вниз, здесь отметьте вторую риску. Риски соедините дугой и разделите на несколько равных частей, остается сделать соответствующие надписи, как на рисунке.

Использование  прибора

Я изготовил простейший барометр из стеклянной бутылки. В течение месяца (1 .02. – 28.02. 2014 г.)  днем и вечером я наблюдал за изменением уровня жидкости в трубке. Полученные данные заносил в таблицу дневника погоды. Сравнивая полученные результаты можно проследить закономерность взаимосвязи изменения уровня жидкости в трубке с изменением атмосферного давления. При повышении атмосферного давления уровень жидкости в трубке уменьшается, при понижении - увеличивается. Также сравнивая результаты наблюдений изменения атмосферного давления по самодельному барометру с показателями метеопрогноза, прослеживается  соответствие (таблица прилагается).

Вывод: показания наблюдений изменения атмосферного давления по самодельному прибору подтверждаются метеопрогнозами.

Заключение

Часто огородник посматривает на небо – будет дождь или нет? Поливать сегодня или нет? Будет ли «клевать» сегодня рыба? – задаются вопросом рыбаки. Ведь не всегда прогноз, даваемый метеослужбой или барометр – под рукой. На помощь может прийти самодельный барометр, который подскажет об изменениях предстоящей погоды.

В своей работе я постарался раскрыть вопросы взаимосвязи  атмосферного давления с погодными условиями и способами их прогнозирования. Возможно, кто-то воспользуется моими советами по изготовлению самодельных приборов и найдет им полезное применение.

Литература:

·      А. А. Гурштейн «Извечные тайны неба» М: «Просвещение», 1983 г

·        П.С. Кудрявцев  Курс истории физики. М.: «Просвещение», 1980г.

·        Я. И. Перельман «Занимательная физика» кн.1 изд. «Наука» 1976г.

·       http://go.mail.ru/search?mail.ru=1&q= 1

·        http://sdelai-sam.pp.ua/?p=9780

·        http://www.gismeteo.ru/diary/5015/

Приложения