Научно-исследовательская работа "ШТОРМГЛАСС", физика.

Школьная  научно-практическая конференция школьников

«Шаг в будущее»

Штормгласс

или

Ампула Фицроя

Выполнила: Бечикова Софья, 8а класс

Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-                                                                                    Карасульская СОШ

п.Октябрьский

 Ишимский р-н, Тюменская область.

Научный руководитель:

Романова Вера Борисовна,

Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-                                                                                    Карасульская СОШ

учитель физики

2019г.

Содержание:

Введение

Глава 1. Теоретическая часть

1.1.Волшебная «склянка».………………………………………………………5

1.2.Роберт Фицрой……………………………………………………………….5

Глава  2.   Практическая часть 

2.1. Изготовление штормгласса ……………………………………………….7

2.2.  Анализ наблюдений …………………………………………..…………..8

Заключение..........................................................................................................12

Библиография......................................................................................................13

Приложения№1 Результаты анкетирования   ………………………………..14

Приложения №2 Наблюдения Фицроя……………………………………….15 Приложения №3  Дневник наблюдений……………………………………....16

Приложения №4   Внешний вид кристаллов………………………………………18

Штормгласс или Ампула Фицроя

Бечикова Софья

Российская Федерация, Тюменская область

Ишимский район, п.Октябрьский

Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-Карасульская СОШ, 8а класс

Аннотация

Более двухсот лет назад, когда не было метеорологии как науки, люди пытались спрогнозировать состояние погоды различными приборами. Есть и необычные, малоизвестные приборы. К таким относится таинственный запаянный сосуд под названием "штормглас".     Что же это такое?     И почему наблюдается всевозрастающий интерес  к этой загадочной ампуле?

 В   работе рассматривается способ изготовления штормгласса, метод предсказания погоды с использованием данного прибора. Представлены результаты  месячного мониторинга прибора, выдвинуты предположения относительно влияния различных факторов внешнего воздействия на штормглас.

Штормгласс или Ампула Фицроя

Бечикова Софья

Российская Федерация, Тюменская область

Ишимский район, п.Октябрьский

Филиал МАОУ Тоболовская СОШ-Карасульская СОШ, 8а класс

Введение

Какая будет погода?   Каждый день этим вопросом задаются миллиарды жителей Земли на всех континентах. Ответ на него не так-то прост. Для её решения задействованы самые мощные суперкомпьютеры, запущены в космос десятки спутников и зондов, по всей планете построена сеть наземных метеорологических станций. Но есть и необычные, малоизвестные приборы - штормгласс.  (Приложение 1). Возможно ли, в качестве такого датчика, использовать штормгласс, который достаточно хорошо известен и описывается в многочисленных литературных и интернет источниках как устройство, способное служить в роли «предсказателя» погоды?   В данной работе мы делаем   попытку ответить на этот вопрос. 

Цель: выяснить возможность прогнозирования изменений погоды с помощью  штормгласса.  

Задачи:
- изучить литературу по данному вопросу; 
- изготовить   штормгласс;

- провести наблюдения за жидкостью   в приборе;
- проанализировать полученные результаты.

Объект исследования: штормгласс  

Предмет исследования: изменение  погоды.

 Методы исследования:   Теоретические - изучение и обобщение, наблюдение за изменением состояния жидкости с записью   в таблицу; анализ полученных данных. Эмпирические - сравнение, эксперимент, измерение.  

Актуальность исследования: для метеозависимых людей крайне важно знать изменение погоды заранее, чтобы внести коррективы в свой режим жизни. 

Гипотеза: Если внимательно наблюдать за жидкостью в ампуле, то    можно найти  закономерности возникновения того или иного рисунка, изменение формы и размеров кристалла, в зависимости от погоды и   сделать выводы, то есть, предсказать погоду.

Практическая значимость исследования:   Чтобы для человека изменение погоды не было неожиданностью её нужно научиться прогнозировать хотя бы на небольшой период. Материал данной работы может быть использован на уроках физики, химии, окружающего мира и во внеурочной деятельности,   всеми любителями  исследований  природы.

Глава1. Теоретическая часть

1.1.          Волшебная «склянка».

Загадочны морей просторы!  Что там под толщей синих вод?  Долины, впадины и горы  Веществ – сплошной водоворот. Моря, как брызги океана,  Разбросаны по всей земле.  В них волны плещут неустанно  И манят царственно к себе.

В энциклопедии Википедия указано, что  Штормгласс (нидерл. storm — «буря» и glass — «стекло») — химический метеорологический прибор, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра. На парусных кораблях, совершавших дальние плавания, эти приборы для прогнозирования погоды, появились в XVII в.  Этот удивительный предсказатель погоды широко использовался для предсказания погоды на кораблях с 1750 года.  Штормглассы  завелись на многих кораблях, и шкиперы часто спорили о тех или иных признаках надвигающегося ненастья, подсмотренного сквозь мутноватое стекло пробирки. В растворе, заполнявшем запаянную склянку, происходили удивительные явления. Он то мутнел, то становился прозрачным; в нем появлялись и растворялись фигуры, похожие то на иглы, то на пальмовые листья, то на снежинки. Внимательно наблюдая за жидкостью в ампуле со временем можно найти  закономерности возникновения того или иного рисунка в зависимости от погоды и   сделать выводы, то есть, предсказать погоду. В чем-то эти признаки сходились, в чем-то имели различия… За штормглассами, закрепленными на переборках капитанских кают, внимательно следил хозяйский глаз - знать погоду на море значило многое! "Волшебная" склянка предсказывала все что угодно: и наступление бурной погоды, и изменение направления ветра, и падение тумана, и трескучий мороз, и подъем воды в реках, и многое другое.

1.2.          Роберт Фицрой

      Имени изобретателя штормгласса история не сохранила, но распространение подобных сосудов, содержащих жидкость сложного состава и предсказывающих даже изменение направления ветра, было почти повсеместным. Пристальное внимание загадочной ампуле уделил   английский вице-адмирал Роберт Фицрой.   Он не был учёным - он был в первую очередь моряком.  Фицрой долго пытался разобраться в многообразии показаний "волшебной" склянки, систематизировал наблюдения и даже составил таблицу признаков изменения погоды согласно ее предсказаниям. Эти наблюдения известного мореплавателя и организатора регулярной метеорологической службы в Англии, выполненные в разных районах Мирового Океана, позволили более грамотно разбираться с показаниями штормгласа.  

Роберт Фицрой, аристократ, морской офицер, выпускник Королевского военно-морского училища в Портсмуте в октябре 1828 года был назначен капитаном знаменитого судна «Бигль» — исследовательского барка, принявшего участие в четырёх гидрографических экспедициях. На момент вступления в должность   ему исполнилось всего 23 года, при это Роберт Фицрой показал себя блестящим капитаном и очень инициативным человеком. Живо интересуясь природными явлениями, Фицрой, поступив на «Бигль», задался идеей построить предсказывающий изменения морской погоды прибор — достаточно компактный, чтобы работать на корабле. И он его построил (Приложение 2). Поэтому, штормглас также называют "Барометром Фицроя".

До сих пор не доказана ни правота Фицроя, ни его заблуждение. Некоторые характеристики штормгласса подтверждаются современными исследованиями, некоторые — нет.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Изготовление  штормгласса.

Существует более    десятка рецептов, по которым можно приготовить раствор для штормгласса.  Ингредиенты одинаковы, а вот количество их различно.   Мы выбрали два рецепта и, соблюдая меры безопасности, приступили к работе. 

Рецепт №1 "Химия и жизнь"№1, 1982 г. -дистиллированная вода -33,0 мл -камфора – 10,0 г -нитрат калия  - 2,5 г -хлорид аммония - 2,5 г -спирт - 40,0 мл

Рецепт №2   из Википедии -дистиллированная вода -16 мл -камфора – 4,4 г -нитрат калия  - 2,3 г -хлорид аммония - 2,3 г -спирт -19,5 мл

Приготовление фицроевой смеси

1. Взвесить количество необходимых веществ на цифровых весах.

2. Растворить соли   в дистиллированной воде, а камфору -  в спирте. 

3.Вылить  раствор камфоры в спирте в емкость, приготовленную для штормгласса, и    прилить  раствор солей в   воде.

4. Ампулу встряхнуть, чтобы растворы   перемешались.

5. В колбе некоторое время из раствора   будет выделяться воздух,  а всплывшая в  начале камфора,  станет оседать. Подождать прекращения этого процесса и закупорить ампулу пробкой.  

         Изготовленные приборы  мы поставили возле окна (в этом случае они не так сильно экранируется), но   чтобы не было   прямого попадания солнечных лучей.   На следующий день наш штормгласс    стал «работать».    В таком растворе камфара оседает на дне, но с изменением плотности раствора (в результате кристаллизации части камфары) или температуры осадок может либо всплывать, либо вновь опускаться вниз, либо оставаться во взвешенном состоянии, образуя муть.  По мере изменения погодных условий в жидкости     начинается  рост  дендритов (кристаллические образования ветвящейся структуры) - кристаллы различной формы.  Погоду же прогнозируют по переменам, происходящим в жидкости.  Как же следует толковать показания этого необычного прибора?

Методика наблюдения

По наблюдениям Фицроя  поведение  смеси выглядело следующим образом:

 

Жидкость чистая и прозрачная	солнечная, штилевая погода
Жидкость мутнела	погода была облачной
Жидкость была мутной и с отдельными точками застывания	будет  гроза
В прозрачной жидкости образуются точки застывания	за бортом появляется  туман
В жидкости крупные кристаллические хлопья	ожидается  снегопад
В жидкости образовались иглистые кристаллы	будут заморозки, морозы
Появляются   нити	будет ветреный день
Поднимая осадок до самого верха, кристаллы располагаются   с той стороны сосуда, с которой будет дуть ветер	надвигается буря

2.2. Анализ наблюдений

Под нашим наблюдением находились два образца раствора  в стеклянных  пробирках,   изготовленные по двум рецептам. Приборы были установлены  в школе, на южной стороне,   на подоконнике.  В течение месяца     каждая из склянок фотографировалась один раз в сутки (в 8⁰⁰ч) и проводилось визуальное наблюдение - высота, размеры, характерное расположение. Одновременно велись   записи     по показателям внешней среды:  регистрировались наружная температура, давление,  влажность, ветер.  Мы составили таблицу с   описанием погодных условий (Приложение 2).

·        Превращения начинаются

          В колбе происходили разного рода изменения.

До 28 января  возникали кристаллики, похожие на крупинки сахара, они оседали и    укрупнялись.

До 31 января на границе осадка выросли кристаллы, похожие на сосновые веточки.

До 3 февраля граница осадка   опускается,  а сосновые ветки частично растворяются, превращаются в иголки, на их концах   начинают расти плоские чешуйки, образуется творожная смесь.

До 7 февраля     кристаллы камфоры выпадали в осадок не только на дне, но и по всему объёму склянки — они выглядят как парящие в толще снежинки, напоминая творожную смесь.

До 11 февраля  на границе осадка появляются новые кристаллы,  подобно листьям   папоротника.

До 14 февраля  крупные кристаллы начинают растворяться и одновременно на границе осадка формируются толстые иглы.

До 17 февраля на концах оставшихся иголок возникают чешуйки, на их кромках вырастают щетинки, из которых образуются новые сосновые веточки.

До 21 февраля   смесь увеличивается в объеме, подобно листьям папоротника или   изморози на стекле.

До 26 февраля кристаллы  выстраивались в красивые нити или перья.

До 2 марта очертания кристаллов постепенно смягчаются  или вообще   уменьшаются, подобно  растаявшему сахару, образуется муть.

·        Показания штормгласса     и   прогноз  погоды с сайта  GISMETEO.

Показания штормгасса прогнозируют погоду на один день с вероятностью 83%.

·        Сопоставление показаний штормгласса с атмосферным давлением и высотой смеси.

Дата	Высота смеси	Фото	Температура Давление		Дата	Высота смеси	Фото	Температура Давление
03.02	2.5 см		-30 768		07.02	7 см		-37 780
04.02	4,5 см		-33 776		08.02	8,5 см		-34 786
05.02	5 см		-35 780		09.02	9 см		-31 786
06.02	6 см		-37 782

          Наблюдается   быстрый рост творожистой смеси. Чем больше высота смеси тем  выше температура. Аналогично и давление, хотя ампула закупорена, а это значит, что атмосферное давление не влияет на смесь.

По нашим наблюдениям мы сделали выводы:

Ø При медленном похолодании на дне склянки начинают расти игловидные кристаллы.

Ø При более быстром похолодании   кристаллы камфоры выпадают в осадок не только на дне, но и по всему объёму склянки, образуется   творожная смесь. (Что и наблюдалось в начале февраля - были сильные морозы, до 38 градусов).

Ø Быстрый рост высоты творожистой смеси предвещает  морозы.  

Ø Появление  кристаллов разной величины   предсказывало   осадки в виде снега.

Ø Когда кристаллы  выстраивались в красивые нити или перья -  это предвещало ветер (были ветра до 7-8 м\с  с 21 февраля до 27 февраля ).

Ø При потеплении  иглы кристаллов растворяются, и слой выглядит как рыхлый тающий снег. Вторая половина февраля  (9-15 градусов).

Ø В жидкости образуются крупные кристаллические хлопья - к снегопаду (3 февраля был снегопад).

Заключение

Прибор был  изготовлен  25 января 2019 года. В течение   месяца (февраль)  нами проводился мониторинг штормгласса. Составлена сводная таблица внешнего вида кристаллов в зависимости от погодных условий.  За период наблюдений и в результате анализа около 48 образцов кристаллических образований в сопоставлении с синоптическими данными мы можем с уверенностью говорить  о возможности использования штормгласса в качестве прогнозирования погоды на один день с вероятностью 83%.

   Проведенное исследование  решило поставленные задачи, подтвердило выдвинутую гипотезу.   В ходе работы цель, поставленная нами, была достигнута.    При работе над   проектом я получила много дополнительной информации, что расширило мой кругозор, получила практические навыки и умения. 

Штормгласс очень необычный и интересный прибор.  Он может быть поразительно красивым, с тонкими и пушистыми, ежедневно изменяющимися кристаллами  (Приложение 4).

Это увлекательное занятие,   оно может способствовать развитию наблюдательности – корня всякого научного исследования. Вы можете стать заправским метеорологом, если сделаете прибор своими руками и начнёте вести наблюдения.

        Но…..как понять, что при воздействии одних возмущений - растут игольчатые кристаллы, при других – дендриты? Почему появляются мелкие хлопья или звездочки?    Существуют гипотезы, что на штормгласс влияет напряженность электрического и магнитного поля Земли, разряды молний, есть также данные, что прибор чувствителен к   «био» и «гео» полям.   Поэтому считаем, что работа имеет  продолжение. Можно исследовать   вопросы:   влияние солнечной активности на поведение кристаллов; влияние магнитного поля.

Библиография

1.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Штормгласс

2.     Роберт Фицрой// интернет ресурс:mk45.livejoumal/com/

3.     GISMETEO: погода в Октябрьском сегодня ― прогноз погоды на ...

https://www.gismeteo.ru › Россия › Тюменская область › Ишимский район

4.     Бескаравайный Н.М. «Загадочная ампула», «ЮТ для умелых рук, 1989г, №1

5.     https://www.popmech.ru/.../361612-shtormglass-fitsroya-zabytyy-meteorologicheskiy...

6.     http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/651-op-barom3

Приложение 1

Результат анкетирования

Одноклассникам было предложено ответить на 5 вопросов анкеты.

Вопросы:

1. Интересуетесь ли прогнозом погоды?

2. Где вы узнаете о прогнозе?

3. Верите ли вы прогнозу погоды с сайта…?

4.Знаете ли вы какие-либо приметы изменения погоды?

5.Знаете ли вы, что такое штормгласс?

    Про прибор  штормгласс  знает всего 2 человека! 

Основные  приборы для изучения погоды    

Термометр -	Прибор для измерения температуры воздуха и воды.
Гигрометр -	Прибор для измерения влажности воздуха.
Барометр -	Прибор для измерения атмосферного давления.
Анемометр -	Прибор для измерения силы и скорости ветра.
Флюгер -	Прибор для определения направления ветра.
Метеозонд -	Устройство, находящееся в атмосфере для измерения её параметров.

Приложение 2

Наблюдения Фицроя.

Вот что сказано в  книге  под названием «Практическая метеорология контр-адмирала Фицроя»   о штормглассе: «Более чем за сто лет назад в Англии уже делались штормовые склянки, изобретатель которых так и остался неизвестным. С 1825 г. на своих кораблях мы имели несколько этих склянок, правда, скорей в виде редкости, чем для действительного употребления. И всё потому, что химическая смесь реагировала больше на изменения направления, но не силы ветра. Хотя, быть может, она изменялась от другой причины, а именно — электрического напряжения. Когда атмосферное течение поворачивает к северу, то эта химическая смесь увеличивается в объёме, подобно листьям тиса или папоротника или подобно изморози на стекле. Когда же ветер стремится с противоположного направления, то линии или вообще очертания кристаллов постепенно смягчаются и уменьшаются, пока совершенно не исчезнут, подобно растаявшему сахару. Когда встречаются главные течения воздуха, произведя восточные ветры, то кристаллические звёзды в склянке становятся более или менее многочисленны, а жидкость мутнеет. А если течения производят западные ветры, то жидкость становится совершенно чистой и кристаллы ясно обозначаются. Смешанный вид непрозрачной жидкости с движущимися клочковатыми пятнами или звёздами означают юго-восточный ветер, вероятно, сильный, до бури».

 Приложение 3

Дневник наблюдений 

Дата	Температура,°С Давление. Влажность	Прогноз пагоды	Фото фицроевой смеси		Дата	Температура,°С Давление. Влажность	Прогноз погоды	Фото  фицроевой смеси
27.01	-20 776 80				03.02	-28 778 90
28.01	-27 783 80				04.02	-30 780 92
29.01	-25 780 80				05.02	-33 780 93
30.01	-23 770 82				06.02	-35 780 90
31.01	-27 770 84				07.02	-37 786 88
01.02	-28 780 92				08.02	-34 778 90
02.02	-26 776 95				09.02	-30 770 86
10.02	-27 770 88				20.02	-12 750 80
11.02	-24 700 80				21.02	-16 760 84
12.02	-20 768 80				22.02	-15 765 84
13.02	-19 769 83				23.02	-16 768 86
14.02	-20 775 80				24.02	-17 770 84
15.02	-15 770 80				25.02	-14 765 80
16.02	-14 760 88				26.02	-16 758 80
17.02	-14 765 88				27.02	-19 758 80
18.02	-11 755 85				28	-20 756 82
19.02	-14 752 89				01.03 02.03	-15 760 80

Приложение 4

Внешний вид кристаллов