ГБПОУ «КУДЫМКАРСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

 

 

 

 

 

 

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

Тема: Шаровая молния

Учебная дисциплина: Физика

 

 

 

 

 

Капинская Виктория Михайловна

Специальность: 44.02.02 –

Преподавание в начальных классах

Курс: 1, группа: 102

Форма обучения: очная

Руководитель: Коньшин С. П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2018

Содержание

Введение. 3

1. Шаровая молния и ее представления. 4

1.1 История наблюдений шаровой молнии. 4

1.2 Общее представления о шаровой молнии. 5

1.3 Как возникает шаровая молния. 9

1.4 Защита от шаровой молнии. 10

Заключение. 14

Литература и источники. 15

Приложение. 17

Введение

Во время гроз возникают вспышки молний различного типа. Три наиболее распространенных типа молнии: обычная, или линейная, молния, которая часто видна в небе как яркая, четко очерченная дорожка; ленточная молния, слабо светящаяся и охватывающая широкую полосу небосвода, и, наконец, шаровая молния, светящаяся иногда очень слабо, а иногда очень ярко, но в целом представляющая собой очень необычное явление как в отношении формы, так и в отношении своего движения.

Шаровая молния — одно из интереснейших явлений природы о котором мало кто знает что-либо. Загадочные явления образования огненных шаров при грозах с давних пор привлекают к себе внимание людей. История наблюдений шаровой молнии насчитывает тысячелетия. Отсюда можно заключить, что ее природа, видимо, связана с естественными явлениями в атмосфере. Шаровая молния может представлять опасность, и важно знать, как действовать при встрече с ней.

Цель исследования: Изучение представлений о природе шаровой молнии и её влияние на человека.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу о шаровой молнии.

2. Рассмотреть исследования в изучении шаровой молнии.
3. Выяснить, какие меры безопасности следует соблюдать при встрече с шаровой молнией.

Методы исследования: анализ теоретических источников по проблеме исследования.

1. Шаровая молния и ее представления

1.1 История наблюдений шаровой молнии

Рассказы о наблюдениях шаровой молнии известны уже две тысячи лет. В первой половине XIX века французский физик, астроном и естествоиспытатель Ф. Араго, возможно первым в истории цивилизации, произвёл сбор и систематизировал все известные на то время свидетельства появления шаровой молнии. В его книге было описано 30 случаев наблюдения шаровых молний. Статистика небольшая, и неудивительно, что многие физики XIX века, включая Кельвина и Фарадея, при своей жизни были склонны считать, что это либо оптическая иллюзия, либо явление совершенно иной, неэлектрической природы. Однако количество случаев, подробность описания явления и достоверность свидетельств возрастало, что привлекло внимание учёных, в том числе крупных физиков.

В конце 1940-х гг. над объяснением шаровой молнии работал П. Л. Капица. Он считал, что во время свечения шаровой молнии к ней непрерывно подводится энергия. Источники этой энергии находятся вне шаровой молнии.

Большой вклад в работу по наблюдению и описание шаровой молнии внёс советский учёный И. П. Стаханов, который вместе с С. Л. Лопатниковым в журнале «Знание — сила» в 1970-х гг. опубликовал статью о шаровых молниях. В конце этой статьи он приложил анкету и попросил очевидцев, прислать ему свои подробные воспоминания этого явления. В результате он накопил обширную статистику — более тысячи случаев, что позволило ему обобщить некоторые свойства шаровой молнии и предложить свою теоретическую модель шаровой молнии.

1.2 Общее представления о шаровой молнии

Шаровой молнией принято называть светящиеся образования, по форме напоминающие шар. Это явление возникает иногда во время грозы в воздухе, чаще всего, вблизи поверхности. Всегда сопровождаясь обычной молнией, шаровая молния сильно отличается от неё и по своему поведению, и по внешнему виду. В отличие от обычной (линейной) молнии, шаровая не сопровождается громом, она практически бесшумна. С другой стороны, шаровая молния может существовать до нескольких минут, тогда как обычная молния характеризуется кратковременностью. Поведение шаровой молнии является совершенно непредсказуемым. Абсолютно невозможно предсказать направление, в котором в следующее мгновение переместится светящийся шар и чем завершится его появление (взрывом или простым исчезновением).

Существует множество вопросов, касающихся шаровой молнии. Каким образом она попадает в закрытые помещения? Что служит предпосылками для ее появления? Почему она светится, но при этом не излучает тепла? Из-за чего ее форма столь длительное время остается неизменной? Эти и некоторые другие вопросы пока остаются без ответа.

Одним из поражающих факторов для шаровой молнии является аэротоксический. Молния порой выделяет столь токсичные вещества, что люди отравляются ими чрезвычайно быстро. Люди не сгорали и не получали поражения от электрического разряда, а были отравлены веществами, выделяемыми шаровой молнией.

В Ставропольском крае во время грозы огненный шар величиной с футбольный мяч, подпрыгивая, катился по улице. При соприкосновении с землей он выбивал ямы полметра в глубину и полтора в диаметре. В итоге шар изрешетил всю улицу на протяжении двух кварталов, потом с шумом разорвался и огненной струей ушел в небо. [1]

Одно из свойств шаровой молнии - как раз ее подверженность реактивному эффекту. Когда в какой-либо части шаровой молнии энергия выделяется, то именно здесь выделяется реактивный эффект. Надо отметить, что когда молния спускалась к земле, то часть ее энергии выделялась в виде взрыва, которые и вызвали появление вышеописанных ям.

Шаровая молния имеет высокую температуру в своей внутренней части, но снаружи ее оболочка может быть совершенно холодной. Зарегистрировано много случаев, когда молния была на каком-то предмете, проходила через щели, но не оставила никаких следов, в то время как немало случаев, когда такая же молния расплавляла гранит, грунт, металлы и пр. Не исключено, что и человек мог быть просто испепелен, испарен молнией.

     Внешний вид и свойства шаровой молнии:

1.   Во-первых, почему их называют шаровыми? Подавляющее большинство свидетелей говорят, что видели шар. Правда, встречаются и другие формы - гриб, груша, капля, тор, линза или просто бесформенные туманообразные сгустки.

2.   Цветовая гамма довольно разнообразна - молния может быть желтая, оранжевая, красная, белая, голубоватая, зеленая, от серого до черного. Кстати, есть много документальных подтверждений, что она бывает неоднородного цвета или способна его менять.

3.   Наиболее типичным для шаровых молний является размер от 10 до 20 см. Реже встречаются размеры от 3 до 10 см и от 20 до 35 см.

4.   По поводу температуры мнения специалистов расходятся. Чаще всего упоминается 100-1000 градусов Цельсия. Молния способна проплавить стекло, пролетев через окно.

5.   Плотность энергии — это величина энергии, приходящаяся на единицу объема. У шаровой молнии она рекордная. Те катастрофические последствия, которые мы иногда наблюдаем, не дают возможности в этом усомниться.

6.   Интенсивность и время свечения колеблются от нескольких секунд до нескольких минут. Шаровая молния может светить, как обыкновенная лампочка в 100 Вт, но иногда она может ослепить.

7.   Распространено мнение о том, что шаровая молния плывет, медленно вращаясь, со скоростью 2-10 м/сек. догнать бегущего человека для нее не составляет труда.

8.   Свои визиты молния обычно заканчивает взрывом, иногда распадается на несколько частей или просто угасает. [2]

   Поведение шаровой молнии

С уверенность можно сказать только одно: шаровая молния любит проникать в дома. Хотя иногда не делает этого, несмотря на то, что имеет неплохие шансы. Летает в зависимости от внешних условий. Она подвержена разнообразным воздействиям, начиная от земного притяжения и заканчивая электромагнитным полем. Вот какое будет преобладать, так она и полетит. Сказать точно, что она притягивается к металлическим предметам нельзя, но все равно при ее появлении за металл лучше не хвататься. Форточки тоже лучше закрыть, ведь сквозняк - одна из самых сильных направляющих сил (но против ветра ШМ тоже летать умеет).

Являются ли стекла защитой от ШМ - не известно. Существуют фотографии стеклянных окружностей, оставшихся после ее визита. Помогут ли тут шторы - тоже загадка. Но, по всей видимости должны. А вот отсутствие сквозняка не дает гарантию. Она умеет проникать в любые, самые незаметные щели, "превращаясь при этом с сосиску". Однако, скорее всего вылетать подобным образом она не будет. Препятствия на пути ШМ не пугают. Но в большинстве случаев ее касание с чем-то заканчивается для нее плохо. Итог здесь таков: в силу своих свойств какие-то предметы ШМ облетает, причем с завидной аккуратностью, а в какие-то врезается, как будто незаметлив. И предугадать это невозможно.

Шаровая молния может двигаться по весь­ма причудливой траектории. Вместе с тем в ее движении обнару­живаются определенные законо­мерности. Во-первых, возникнув где-то вверху, в тучах, она опус­кается поближе к поверхности земли. Во-вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обыч­но повторяя рельеф местности. В-третьих, молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей. В-четвертых, молния обнаружива­ет явное «желание» проникать внутрь помещений.

Шаровая молния способна проникать в отверстия намного меньшее по диаметру, чем сама шаровая молния. Таким образом, молния диаметром 50 см может проникнуть в щель диаметром всего несколько миллиметров. Она отлично деформируется и восстанавливает свою форму.

Если сравнивать поведение шаровой молнии со светящимся облаком, оставшимся после ядерного взрыва, то бросается в глаза следующая существенная разница. После своего возникновения облако ядерного взрыва непрерывно растет бесшумно тухнет.

Шаровая молния в продолжение всего времени свечения остается постоянных размеров и часто попадает во взрыв. Облако ядерного взрыва, будучи наполненного горячими газами с малой плотностью, всплывает в воздух и поэтому двигаются только вверх. Шаровая молния иногда неподвижно, иногда движется, но это движение не имеет предпочтительного направления по отношению к земле и не определяется направление ветра.

 

1.3 Как возникает шаровая молния

Одним из объяснений возникновения шаровой молнии может быть плазменный заряд при интерференции электромагнитных волн, возникающих при грозовых разрядах. Экспериментальную проверку этого предположения провели физики Токийского университета И. Оцуки и Х. Офуруто. Пятикиловаттный магнетрон генерировал электромагнитное излучение на частоте 2,45 ГГц, которое направлялось на резонатор сечением 161х370 мм. Была сформирована стоячая волна с шестью узлами. В этих узлах - областях максимальной интенсивности поля - возникали плазменные разряды различного вида, которые порой сохранялись 1-2 с после выключения генератора. Разряды были неподвижными или перемещались, и своим поведением очень напоминали шаровую молнию. Так, плазменное образование светилось попеременно белым, синим, красным, оранжевым цветом, самопроизвольно выходило за пределы полости резонатора, по волноводу которого поступала энергия.

Еще большее сходство с шаровой молнией проявилось и тогда, когда на выходе из резонатора была помещена керамическая пластинка толщиной 3 мм. Плазменное образование проникло за ее пределы, ничуть ее не повредив. Именно так проникает шаровая молния через различные диэлектрики, например, стекло.

Когда в резонатор был помещен медный прут, вдоль которого направлялся поток воздуха, то плазменные разряды перемещались по пруту против движения воздуха. [3]

Существует и такая версия, предложенная физиками из Гёттингена и основанная на строгих расчётах. Они полагают, что загадочные огненные шары обязаны своим появлениям ударам молнии в грунт, при которых возможны возгорания различных органических объектов. Это может быть древесина, трава, пух и прочее. При этом нагрев столь велик, что мгновенно воспламенившаяся органика становится сгустком плазмы, порождающий шаровую молнию.

1.4 Защита от шаровой молнии

Конечно, встреча с шаровой молнией несет в себе определенную опасность, и этому есть немало подтверждений. Однако чаще всего этот тип молнии не приносит никакого ущерба для жизни или здоровья свидетелей происшествия. Как показал проведенный опрос, лишь пять из полутора тысяч случаев, описанных в письмах, закончились смертельным исходом.

Как правило, шаровая молния проходит мимо проводящих объектов, в том числе и мимо человека. Температура на поверхности молнии примерно равна обычной комнатной температуре, а если и превышает ее, то ненамного (не более чем на 100 К). Это следует из того, что некоторые случаи контакта с молнией не приводили ни каким травмам. В других случаях прикосновение давало ожоги, хотя и болезненные, но далеко не смертельные. Внутри шаровой молнии температура выше, чем на ее поверхности, однако, скорее всего она не превышает 300...400 ° С. [4]

Как следует из вышесказанного, не стоит преувеличивать опасность, которую несет в себе шаровая молния. Практика показывает, что линейная молния является гораздо более опасным природным явлением.

Когда ученые изобрели молниеотвод и испытали его (ценой жизни нескольких физиков), эйфория от кажущейся победы над силами Природы была столь велика, что в честь победителей устраивались пышные приемы и торжественные балы. Многие парижские модницы немедленно включили в состав своего наряда или вплели в прически самые настоящие металлические стержни-молниеотводы, а люди просвещенные, профессура и интеллигенция принялась носить стальную проволоку в карманах пиджаков или заменила свои традиционные деревянные тросточки на железные.

Тогда у грамотных людей вера в молниеотвод была выше, чем у колдунов вера в силу талисманов и оберегов. Пройдет полвека или век, стальные стержни вкопают в землю не только в центрах университетских городов, но и на заводах, фабриках, вдоль дорог и даже на богом забытых фермах и хуторах. В некоторых странах, например в Сингапуре, где 200 грозовых дней в году, переносные молниеотводы в виде треножников (производства Австралии) даже приняты на вооружение в армии ["New Scientist" N 2096, 1997].

Произошла ли полная победа?! За последнее столетие количество жертв молний имеет неуклонную тенденцию к росту. Например, только во Франции, где ежегодно регистрируется около миллиона ударов молний, гибнет несколько десятков людей и около 10 тысяч коров ["НЖ" 1995, N 2, с.89]... В США в год в среднем гибнет от молний около 80 человек, в небольшом Зимбабве - до 160 (там однажды за месяц погибло 89 человек). В год на Земле, по одним данным, от молний гибнет около тысячи человек; по другой, - линейные молнии попадают примерно в 400 человек, из которых примерно половина гибнет.

В 1966 году в Вологодской области на берегу реки молния ударила в отару овец, сбившихся от страха в одну большую кучу, и убила всех - всего 101 овцу... 23 декабря 1975 года молния установила свой собственный рекорд - одним ударом убила сразу 21 человека, произошло это после прямого попадания в хижину в Чинамаса-Краэл, близ Матари в Зимбабве. [5]

Кстати, при такой точности попадания в человека (на одного убитого "тратится" около 10 тысяч ударов) молнии вполне можно сравнить с пулями (которых, например, во время позиционных войн тратится на одного убитого противника от 1 до 100 тысяч). Словно бы вся наша Земля - это один большой тир или простреливаемая насквозь прифронтовая полоса.

Возможно, без молниеотводов количество жертв было бы еще больше, но защитить нас в полной мере они так и не смогли. Точнее говоря, они прекрасно защищают нас от "электрических пробоев из облаков", то есть от того, чем считали молнию после открытия электричества. "Молния - разряд тока мощностью до 3 млрд.Дж, движущийся из облака вниз со скоростями 160-1600 км/с (и 140000 км/с - с половинной скоростью света движется иногда обратно с земли в облака) по ионизированному каналу воздуха с температурой плазмы до 30 000 градусов (в 5 раз выше, чем на Солнце), с диаметром канала 1,27 см, окруженной 3-6-метровой короной, длиной от 90 м до 32 км и сопровождающийся звуковой ударной волной (громом), слышимой иногда на расстоянии до 29 км..." - такие статистические сведения накопила о молниях всезнающая наука. [6]

Защититься от линейной молнии, как показала практика, можно пытаться, эффективность простого громоотвода не слишком высока, но она снижает риск едва ли не на порядок. Но и этот громоотвод не способен обезвредить шаровые молнии, никто никакой гарантии от поражения молнией шаровой молнией никогда не мог дать. Промысел божий – это единственное утешение и успокоение для всех, кто был озадачен этой проблемой!

Защиты нет или почти нет: шаровая молния найдет жертву (если захочет, конечно, к счастью, она далеко не всегда кровожадна) где угодно и когда угодно, она пройдет сквозь стены и преграды, она подкрадется абсолютно незаметно с любого направления...

Делалось несколько попыток создания эффективной защиты. Большинство подобных проектов – не удались. Впрочем, надежда пока остается, и проекты продолжают появляться.

В конце 1990-х годов новый молниеотвод, который способен обезвредить шаровые молнии, был разработан ведущим инженером Московского института теплотехники Борисом Игнатовым. Что касается нового "шаромолниеотвода", то принцип его действия основан на том, что шаровая молния всегда несет магнитное поле (согласно теории Игнатова), и ядро шаровой молнии представляет собой мощный магнитный диполь. Перемещаясь в окрестностях обычного постоянного магнита, установленного на уже существующем громоотводе, она обязательно должна к нему притянуться. Для этого характерная длина постоянного магнита должна быть на 10-12 порядков больше длины диполя шаровой молнии. При столкновении молнии с одним из полюсов магнита ее электрический заряд стечет в землю, и шаровая молния без взрыва прекратит свое существование, подчеркнул ученый. Устройство Б.Игнатова запатентовано и существует пока только в нескольких экземплярах. "Если из таких молниеотводов соорудить сеть, то ни шаровые, ни линейные молнии перестанут быть опасными для населения и технологических конструкций". Так утверждает изобретатель, но увы, на практике его "шаромолниеотвод" так и не был эффективно испытан. [7]

Рекомендации по защите от шаровой молнии

1.   Никогда не бегите от шаровой молнии. Ваш бег создает поток воздуха, который тянет молнию за вами;

2.   Нужно постараться осторожно и плавно свернуть с пути следования шаровой молнии и держаться дальше от нее, но, не поворачиваясь к ней спиной;

3.   Шаровые молнии часто движутся под действием потоков воздуха. Поэтому лучше держаться с наветренной стороны относительно движения шаровой молнии. Находясь в помещении вместе с шаровой молнией, не находитесь на сквозняке, так как в этом случае, шаровая молния обязательно будет приближаться к вам;

4.   Не бросайте в шаровую молнию камнями, палками, мячами, и тем более не дотрагивайтесь до нее руками, шаровая молния может взорваться с силой разорвавшегося снаряда или мины;

5.   При поражении человека шаровой молнией, пострадавшего следует перенести в сухое помещение со свежим воздухом, накрыть теплым одеялом, начать делать искусственное дыхание и немедленно вызвать скорую помощь.

6.   Если при появлении шаровой молнии вы от волнения забудете все эти правила, то запомните хотя бы главное: с шаровой молнией надо вести себя точно так же, как со злой собакой: главное не бежать, а плавно и медленно уйти с траектории ее движения.

Заключение

Несмотря на то, что явление шаровой молнии вызывает большой интерес на протяжении длительного времени, серьезное его рассмотрение стало возможным лишь сравнительно недавно, после кропотливого анализа результатов большого количества наблюдений. Фактически лишь теперь возникает наука о шаровой молнии – явлении, остававшемся загадкой во время бурного развития других областей науки.

Пока природа шаровой молнии остается неразгаданной. Это надо объяснить тем, что шаровая молния – редкое явление, а поскольку до сих пор нет указаний на то, что явление шаровой молнии удалось убедительно воспроизвести в лабораторных условиях, она не поддается систематическому изучению.

Шаровая молния господствует в воздухе безраздельно, она летает там и тогда нужно ей и только ей. Вне зависимости от того, нравится нам это или нет. Изучение природы этого загадочного явления позволит использовать полученные знания в различных областях человеческой деятельности.

Литература и источники

1.   Анпилов А.М., Бархударов Э.М., Копьев В.А., Коссый И. А.  Статья "Удар атмосферного электрического разряда о водную поверхность" в материалах совещания: "Физика атмосферы: электрические процессы, радиофизические методы исследований". Типография Института прикладной физики РАН.

2.   Прохоров А..М.: Большая Советская Энциклопедия (3 редакция).

3.   Стаханов И.П. Физическая природа шаровой молнии. — М.: Атомиздат, 1979. — 240 с.

4.   Стекольников И.С. Физика молнии и грозозащита

5.   Бенндорф Г. Атмосферное электричество

6.   Тарасов Л. В. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988.

Интернет-ресурсы:

1.     Изучение природы шаровой молнии [Электронный ресурс]. URL:[ http://www.riferats.ru/nauka-sharmol.php] (дата обращения: 27.01.18).

2.     Внешний вид и свойства шаровой молнии, Поведение шаровой молнии – Шаровая молния [Электронный ресурс]. URL: [http://mobile.studbooks.net/2012373/matematika_himiya_fizika/vneshniy_svoystva_sharovoy_molnii] (дата обращения: 03.02.18).

3.     Шаровая молния [Электронный ресурс]. URL:[ http://referat.yabotanik.ru/fizika/sharovaya-molniya/95314/89515/page4.html] (дата обращения: 07.02.18).

4.     Опасность шаровой молнии, Современное состояние проблемы – Шаровая молния [Электронный ресурс]. URL: [https://m.studwood.ru/1710930/matematika_himiya_fizika/opasnost_sharovoy_molnii] (дата обращения: 14.02.18).

5.     Защита от шаровой молнии [Электронный ресурс]. URL:[ http://allrefs.net/c24/1o2lk/p8/] (дата обращения: 18.02.18).

6.     Загадка разумных молний. [Электронный ресурс]. URL:[ http://istina.rin.ru/cgi-bin/print.pl?sait=1&id=757] (дата обращения: 20.02.18).

7.     Наблюдения шаровой молнии – Статьи о молнии [Электронный ресурс]. URL:[ http://www.molnie.ru/stat-nabludenie.php] (дата обращения: 21.02.18).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

 

 

Внутреннее строение шаровой молнии.

 

 

 

Возникновение шаровой молнии

Скачано с www.znanio.ru