Исследовательская работа Загадочная молния

VI ГОРОДСКАЯ МЕЖШКОЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«Я – ИССЛЕДОВАТЕЛЬ»
Секция «Физика»
«Загадочная молния»
Выполнил:
Шевырёва Олеся,
ученица 5 «В» класса
МБОУ средней общеобразовательной школы № 149
Промышленного района
Научный руководитель:
Устинова Татьяна Владимировна, учитель физики
Самара, 2015г
2847622-339019Оглавление
Введение…………………………………………………………………….3
Глава 1. Возникновение молнии.………………………………………….5
Глава 2. Виды молнии………………..…………………………………….7
Глава 3. Интересные факты о молнии….…..……………………………..9
Глава 4. Как уберечь себя от действия молнии…………………………..10
Заключение………………………………………………………………….11
Список литературы…………………………………………………………13
Введение
Летит птица орёл, Несёт в зубах огонь, Огневые стрелы пускает, Никто её не поймает. 
Молнии интересовали человечество во все времена. С давних пор люди боялись и поклонялись грозам и молниям, связывали с ними отдельные религии.
Чего только не приписывали этому красочному и наводящему страх  природному явлению.
Во многих культурах молнию считали посланием богов. В древней Греции считалось, что место попадания молнии – священно. Это ориентир, по которому души умерших и погибших следуют в подземное царство мертвых. Римляне же думали, что убитый грозой человек, попал в немилость богам и для него не проводили обряд погребения.
У славян тоже были свои приметы.  Пожар,  возникший от молнии,  не тушили (а если и тушили, то молоком или квасом – магический  огонь, как ни есть), а угли с пожарища растаскивали по домам, как оберег от такой же беды. Были такие народности, которые верили, что грибы вырастают в местах, где ударила молния.
Еще на Руси считали, что во время грозы можно отвернуть Божий гнев с помощью колокольного звона. В результате не один звонарь погиб от удара молнии.
Примерно в начале XVII века грозами начинают активно интересоваться учёные. В нашей стране это были великий Михаил Ломоносов и его напарник по фамилии Рихман, который в 1753 г., исследуя атмосферное электричество, погиб от удара молнии. В Англии – знаменитый Бенджамин Франклин. С тех пор было сделано множество открытий и изобретено большое количество приборов, которые позволяют избежать разрушений при ударе молнии и изучить мельчайшие подробности возникновения молний. Однако,пристальные взгляды учёных до сих пор прикованы к этому удивительному явлению-молнии. Проводилось множество исследований на темы, связанные с возникновением и распространением молниевого разряда, а также на темы, связанные с защитой зданий и сооружений от прямых ударов молнии. Однако и по сей день это величественное явление природы скрывает в себе множество загадок и продолжает удивлять всех своим величием и непредсказуемостью.
Целью данной работы является систематизация сведений о шаровой молнии, разработка рекомендаций как вести себя во время грозы.
Для реализации данной цели, поставлены задачи:
Рассмотреть и систематизировать материал по теме;
Выяснить, что является причиной возникновения молнии, какие бывают молнии;
Познакомиться с интересными фактами о молнии;
Разработать перечень действий, благодаря которым, можно уберечься от молнии
Глава 1. Возникновение молнии
Конечно, все слышали о гипотезе Бенджамина Франклина, согласно которой молния – это разряд, возникающий между облаками и поверхностью Земли просто из-за разницы в их разрядах. Но в этой теории есть одно уязвимое место. Для возникновения разряда необходимо, чтобы между облаками и поверхностью (или соседними облаками) была слишком уж большая разница по зарядам. Как выяснилось из информации, полученной метеозондами в 1990-х, на практике наблюдается не более одной десятой такой разницы. Тем не менее, молнии всё же случаются. Так за счёт чего?
В настоящее время двое российских исследователей говорят, что эти разряды силой в миллиарды вольт могут быть вызваны взаимодействием космических лучей — потоками высокоэнергетических частиц, идущих к нам из внешнего космоса — с каплями воды в грозовых облаках. Космические лучи возникают в глубоком космосе в результате мощных космических событий, таких как столкновения звёзд, гамма- всплески и сверхновые. Эти катаклизмы ускоряют заряженные частицы — чаще всего протоны — до огромных скоростей. Космические лучи несутся сквозь Вселенную и в конечном итоге достигают верхней атмосферы Земли, создавая невидимые потоки частиц высокой энергии и электромагнитную радиацию. Согласно новому исследованию, проведённому российскими физиками Александром Гуревичем и Анатолием Караштиным, космические лучи ионизируют воздух атмосферы, в результате чего в ней возникает облако свободных электронов, которое под действием разности потенциалов электростатического поля ионизированного облака ускоряется до околосветовых скоростей и ионизирует нейтральные молекулы газа, создавая, таким образом, газовый разряд. При этом капли воды, присутствующие в облаках, инициируют процесс — в них происходят первичные электрические микроразряды, говорят исследователи. Гуревич и Караштин представили на суд общественности свою революционную гипотезу причин происхождения молний: эти сильнейшие электрические разряды возникают под воздействием космических излучений.
Александр Гуревич еще в 1992 году сделал предположение, что грозовые разряды вызываются космическими лучами, попадающими в земную атмосферу. Но, до недавнего времени эта идея оставалась теорией. Для подтверждения гипотезы ученые проанализировали данные приборов, фиксирующих количество ударов молний над Россией и Казахстаном.
Тем не менее, результаты эксперимента неоднозначны — остались загадки, которые пока невозможно объяснить в рамках теории космического происхождения молний.
По общепризнанной теории, при движении воздуха за счет конвекции, различные воздушные потоки и облака в результате соприкосновения электризуются. При этом одна часть облака электризуется положительно, а другая - отрицательно. Напряжение между двумя облаками, а также между облаками и Землей достигает десятков миллионов вольт и возникает гигантская искра — молния.
Когда облако вздымается на высоту 12км или более, водяные пары конденсируются, а внутри облака уже идет дождь, снег или даже град, причем такой сильный, что под его воздействием создаются мощные нисходящие потоки холодного воздуха.
Пройдет немного времени, и на небе замелькают вспышки молний, послышаться раскаты грома и на землю обрушится шквал дождя. Так будет продолжаться до тех пор, пока внутри тучи борются восходящие и нисходящие потоки. Когда последние побеждают, дождь и ветер стихают, и гроза вдруг прекращается.
Огромный вклад в изучение вопроса внес профессор Игорь Павлович Стаханов. В основе его книги «О физической природе шаровой молнии» лежат многочисленные свидетельства очевидцев, которые ученый подверг физическому анализу. Это позволило ему описать основные характеристики и параметры шаровых молний, условия их появления, передвижения и принципы взаимодействия с окружающим миром. По мнению Стаханова, шаровая молния – не что иное, как сосредоточение сгустка ионов, которые «облеплены» оболочками из полярных молекул, например, воды. Теория Стаханова легко согласуется с многочисленными историями очевидцев и объясняет как строение молнии в виде шара (наличие эффективного поверхностного натяжения), так и способности молнии проникать через отверстия, заново принимая исходную форму. Однако практические опыты Стаханова по созданию сгустка кластерных ионов оказались неудачными.
Глава 2 . Виды молнии
Ученые классифицируют молнии на три вида:

1. Линейная — молния в виде извилистой линии, от которой отходит множество разветвлений.
2. Расплывчатая — молния, не имеющая контуров и возникающая мгновенной вспышкой.
3. Шаровая — наиболее опасная разновидность молнии. Возникает в виде огненного желто-красного шара, представляющего собой сгусток горячего газа. Но цвет также может быть от белого до сверкающего желтого и зеленого. Может изменять форму, тем самым, проникая даже в узкое отверстие дома. Как правило, взрывается с характерным треском. Есть и невидимые, и черные шаровые молнии. Свидетели заявляют, что черные шаровые молнии как бы состоят из загадочных нитей, сплетенных в клубок.
Первые письменные свидетельства наблюдения шаровой молнии датируются 1638 годом, когда в Англии в церковь влетела двухметровая шаровая молния, которая убила и ранила многих прихожан, а зданию нанесла серьезные повреждения. С тех пор прошло несколько веков, зафиксированы тысячи наблюдений, но ясности относительно шаровой молнии до сих пор нет. Выдвинуты сотни гипотез формирования и устройства этого объекта, но ни одна из них не может объяснить все удивительные свойства шаровой молнии. Только знаменитый Никола Тесла в свое время умел изготавливать и публично демонстрировал шаровые молнии, но этот секрет он так и не раскрыл.
По форме это может быть шар, эллипсоид, груша, тороид (бублик), цилиндр. Размер ее - от нескольких сантиметров до нескольких метров и более. Иногда шаровая молния может быть невидимой или прозрачной. Невидимые для человеческого глаза молнии нередко наблюдаются только на экранах радиолокаторов (тогда их называют ангелами). Их могут видеть также некоторые домашние животные, например, кошки.

Шаровая молния абсолютно не похожа на обычную (линейную) молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Обычная молния кратковременна; шаровая живет десятки секунд, минуты. Обычная молния сопровождается громом; шаровая почти бесшумна, в поведении ее много непредсказуемого.
Глава 3. Интересные факты о молнии
Ежесекундно на Земле вспыхивает около 700 молний. Мировым очагом гроз является остров Ява -220 грозовых дня в году, Африка - 150. В России это Москва -20, С-Петербург -15, Архангельск – 10 грозовых дней в году.
Длина молнии достигает нескольких километров, а диаметр ее канала иногда составляет метр и больше. Сила тока в канале молнии огромна: от 1—2 до 200 кА. Длительность разряда составляет тысячные доли секунды. Общий заряд, протекающий при одной вспышке молнии, не превосходит десятка или сотни кулонов.
Некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
Американец Рой Салливан остался живым после семи ударов молнией. Другой американец, майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Четвёртая молния полностью разрушила его памятник на кладбище.
У одного из племен индейцев  удар молнией считается необходимым для достижения высших уровней шаманской инициации.
Если мужчина и женщина во время грозы находятся в открытом поле, то с большей долей вероятности можно утверждать, что разряд молнии поразит мужчину, а не женщину, если, конечно, на ней нет каких-либо украшений из металла. И объяснить данный феномен пока не могут даже ученые.
Считается, что молния всегда сбивает самолеты. В реальности, молния регулярно попадает в самолеты, но редко приводит к крушению. В среднем, по меньшей мере, раз в год в каждый самолет попадает молния. Большинство самолетов сделаны из алюминия, который является хорошим проводником электричества, поэтому для самолетов предусмотрены строгие правила техники безопасности.
Даже установка молниеотвода не гарантирует полную защиту здания от неприятностей. От прямых попаданий молнии молниеотвод защищает, но от так называемых вторичных проявлений — нет. Дело в том, что при попадании молнии в землю или какой-то объект в радиусе до 1500 метров от здания существует вероятность перемещения к нему электрических разрядов по различным коммуникациям, способным проводить ток: системы электроснабжения, связи, газопровод.
Молнии приносят пользу: они успевают выхватить из воздуха млн тонн азота, связать его и направить в землю, удобряя почву.
Глава 4 . Как уберечь себя от действия молнии
Воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3 000 человек. Но защитить себя можно, если выполнять следующе условия.
Если гроза застала вас на улице, то постарайтесь укрыться в заземленном здании или в машине. Если это не представляется возможным, то: избегайте открытых пространств и одиноко стоящих высоких объектов (например, деревьев, а также находиться вблизи высоких мачт и ЛЭП). Держитесь подальше от воды - она хорошо проводит ток. Не ложитесь на землю - это увеличит площадь контакта, ведь если неподалеку от вас в землю ударит молния - то чем меньше площадь контакта, тем меньше тока перетечет в вас. Не стоять в полный рост, поскольку в поле человек будет считаться самым высоким предметом, и, следовательно, привлечет к себе «внимание» молнии. будет лучше, если человек просто сядет на корточки и обхватит свои колени руками, то есть примет позу эмбриона.
Необходимо укрыться в самом низком месте, будь то канава, овраг или небольшая ложбинка.
Если гроза застала вас дома, рекомендуется на время грозы отключать в доме все бытовые электроприборы и не пользоваться обычным телефоном, не стоять у окон и дверей, не касаться водопроводных кранов. Так вы убережете от непредвиденных проблем и свою технику, и свое здоровье. Проследите, чтобы в помещении не было сквозняка, который может привлечь шаровую молнию. Печку или камин лучше не топить в это время, так как выходящий из трубы дым обладает высокой электропроводностью, и вероятность удара молнии в трубу возрастает.

Если гроза стала вас на воде, то любителям купаться и рыбачить рекомендуется не только немедленно прекратить эти занятия, но и отойти подальше от водоема. Не нужно искать укрытие в пойменных кустах. Если вокруг водоема чистое поле, нужно как можно скорее (но не бегом, если гроза уже началась) добраться до ближайшего леса (но не отдельных деревьев на открытой местности) или до деревни. При этом стараться обходить стороной, метрах в двухстах, одинокие деревья, опорные линии электропередач и прочие высокие предметы.
Заключение
Молния - одно из самых разрушительных и устрашающих природных явлений, с которыми повсеместно сталкивается человек.
Хотя ученые занялись изучением молний еще 150 лет назад, до сих пор в этом природном явлении остается много загадочного и необъяснимого, особый интерес представляет шаровая молния. Представляем перечень наиболее достоверных данных о шаровой молнии (ШМ).
1. ШМ - это объект шарообразной формы диаметром 5 - 30 см. Форма ШМ незначительно изменяется, принимая грушеобразные или сплюснутые шарообразные очертания.
2. ШМ светится обычно оранжевым цветом, отмечены случаи фиолетовой окраски. На фоне однородного излучения возникают и перемещаются более ярко светящиеся области (блики).
3. Время существования ШМ от нескольких секунд до десяти минут. Существование ШМ заканчивается ее исчезновением, сопровождаемым иногда взрывом или яркой вспышкой, способной вызвать пожар.
4. ШМ обычно наблюдается во время грозы с дождем, но есть отдельные свидетельства о наблюдении ШМ во время грозы без дождя. Отмечены случаи наблюдения ШМ над водоемами при значительном удалении от берега или каких-либо предметов.
5. ШМ плавает в воздухе и перемещается вместе с воздушными потоками, но при этом может совершать "странные" активные перемещения, которые явно не совпадают с движением воздуха. При столкновении с окружающими предметами ШМ отскакивает как слабо накачанный воздушный шарик или заканчивает свое существование.
6. При соприкосновении со стальными предметами происходит разрушение ШМ, при этом наблюдается яркая, длящаяся несколько секунд, вспышка, сопровождаемая разлетающимися светящимися фрагментами, напоминающими сварку металлов.
7. ШМ иногда проникает в помещение через закрытые окна, проникает и через неповрежденное оконное стекло, при этом практически не изменяя своей формы.
8. При кратком прикосновении ШМ к коже человека фиксируются незначительные ожоги. При контактах, закончившихся вспышкой или взрывом, зафиксированы сильные ожоги, и даже летальный исход.
9. Существенного изменения размеров ШМ и яркости свечения за время наблюдения не отмечается.
10. Существуют свидетельства о наблюдении процесса возникновения ШМ из электрических розеток или действующих электроприборов. Во всех подобных случаях ШМ существует несколько секунд и разрушается с характерным хлопком без существенного вреда для присутствующих и окружающих предметов.
И все же если это яркое природное явление застало вас врасплох, необходимо помнить следующее:
- молния никогда не ударяет в кустарник;
- избегайте отдельно стоящих деревьев;
- работая в поле, отставьте металлические орудия труда;
- не стойте под раскрытым зонтиком;
- не прикасайтесь к электрическим предметам и выньте их из карманов;
- держитесь подальше от высоких металлических конструкций;
- не купайтесь, не переходите вброд реку, отойдите подальше от водоема.
Увидев шаровую молнию, не делайте резких движений. Если вы на открытом месте, медленно удалитесь от нее. Если в помещении, выйдите из комнаты, при этом не делая резких движений. Если шаровая молния движется в вашу сторону — вытяните руки.
Список литературы
1. Азбука природы, « Грозовые явления в атмосфере», Франция «Ридерз Дайджест», 2001
2. Богданов, К.Ю. Молния: больше вопросов, чем ответов // Наука и жизнь. – 2007. - № 2.
3. Остапенко, В. Шаровая молния – сгусток холодной плазмы // Техника молодежи. – 2007.
4. Тарасов, Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988.
Интернет ресурсы:
http://globalscience.ru/article/read/18118/
http://ynik.info/2013/05/11/molnija_mify_i_fakty.html
http://bibliofond.ru/view.aspx?id=135878http://www.gismeteo.ru/news/sobytiya/
http://mirfactov.com/zagadki-sharovoy-molnii/
http://www.kp.ru/daily/26259/3138314/