Физика в природе: шаровая молния, радуга и мираж

Исследование физической природы шаровой молнии, состав её энергии. Описание хода светового луча в капле дождя и определение условий возникновения радуги. Природа чередования цветов в радуге и влияние размера капель на её спектр. Верхние и нижние миражи.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

Размещено на

1

Курсовая работа

Физика в природе: шаровая молния, радуга и мираж

Содержание

Введение

1. Шаровая молния

1.1 Наблюдения шаровой молнии

1.2 Энергия содержащаяся в шаровой молнии

1.3 Физическая природа шаровой молнии

2. Радуга

2.1 Радуга глазами наблюдателя

2.2 Ход светового луча в капле дождя

2.3 Условия возникновения дополнительной радуги

2.4 Чередования цветов в радуге

2.5 Влияние размеров капель на вид радуги

2.6 Радуга на других планетах

3.Мираж

3.1 Виды миражей

3.2 Искривление светового луча в оптически неоднородной среде

3.3 Нижний («озерный») мираж

3.4 Простые верхние миражи

Заключение

Литература

молния капля луч радуга мираж

Введение

Ты открой мне природа, объятья, чтоб я слился с красою твоей. И.А. Бунин.

Изучение физики природных явлений имеет, прежде всего, огромную познавательную ценность. Природа - это гигантская физическая лаборатория - наглядно демонстрирует относительность разделения физики на отдельные самостоятельные разделы, единство физической картины мира, взаимосвязь физических явлений.

Чем глубже человеческий ум проникает в тайны природы, тем больше возникает новых вопросов. “Крепкие затворы природы” заставляют человека, подчас усомнится в самой возможности познавать все ее законы. Но по мере развития науки человек стал понимать действительные причины природных явлений.

Достаточно глубокое изучение физики природных явлений стало возможным, в основном, лишь в наше время - благодаря успехам современной физики. Важно также помнить, что изучение физики природных явлений позволяет успешно решать различные технические проблемы. Постигая законы природы и используя их в своей практической деятельности, человек становится все более могущественным. Канули в вечность времена мистического страха перед природой. Современный человек все в большей мере приобретает власть над силами природы, все шире использует эти силы, богатства природы для ускорения научно-технического процесса.

Познавать законы природы, разумно использовать их на благо человека - одна из главных задач физики. Знание законов природы для современного человека просто необходимо. Поэтому в процессе обучения физике необходимо чтобы учащиеся не только знали и понимали законы физики, но и видели и понимали их проявление в природе.

Данная курсовая работа поможет в будущем, в процессе обучения физике, формировать у учащихся целостное представление о физической картине мира.

В работе рассматривается три раздела: шаровая молния, радуга, мираж. Каждый раздел не только описывает природное явление, но и подмечает его особенности, выделяет свойства характерные для рассматриваемого явления, а также содержит объяснение физических механизмов, лежащих в его основе. Особый интерес из рассмотренных явлений вызывает шаровая молния, так как ее нельзя создать искусственно и ее появление весьма загадочно, поэтому изучение этого явления проводилось на основании тех фактов которые рассказывали очевидцы.

Человек, понявший причины природных явлений, может использовать их для своего блага.

1. Шаровая молния

1.1 Наблюдения шаровой молнии

Это случилось 26 июля 1752 г. с утра в Петербурге было душно, а к середине дня сгустились тучи, началась гроза. В это время в физической лаборатории Петербургской Академии наук профессор Г. В. Рихман приступил к эксперименту. Он давно дожидался грозы, чтобы понаблюдать, как она подействует на изобретенное им устройство для измерения атмосферного электрического поля. Вместе с Рихманом в лаборатории находился его друг гравер Академии наук. Люди, оказавшиеся на улице вблизи лаборатории, видели как в металлический стержень на крыше попала молния. И тотчас они услыхали громкие крики из лаборатории. Кричал гравер, на нем горела одежда. Что же произошло? Металлический стержень, выходящий на крышу, был соединен с измерительным устройством Рихмана. И вот, когда в стержень попала молния, от устройства вдруг отделился голубой светящийся шар величиной с кулак. Он ударил стоявшего в полушаге от устройства Рихмана прямо в лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. Рихман упал, он был мгновенно убит. Раскалившаяся проволока от устройства задела гравера, зажгла на нем одежду. Сохранилось специальное описание этого прискорбного происшествия. Имеется также гравюра, сделанная очевидцем трагической смерти Рихмана. Все это позволяет сделать вывод, что Рихман был убит шаровой молнией, возникшей сразу после удара линейной молнии.

Шаровая молния... Так издавна называли светящиеся шаровидные образования, время от времени наблюдаемые во время грозы в воздухе, как правило, вблизи поверхности. 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 совсем или почти бесшумна. В поведении шаровой молнии много непредсказуемого: неизвестно, куда именно направится светящийся шар в следующее мгновение, как он прекратит свое существование (тихо или же со взрывом).

Шаровая молния задает нам множество загадок. При каких условиях она возникает? Как ей удается сохранять свою форму столь долго? Почему она светится и в то же время почти не излучает тепла? Каким образом она проникает в закрытые помещения? На эти и ряд других вопросов пока нет ясного ответа. В настоящее время можно лишь предполагать, делать гипотезы.

С точки зрения физики шаровая молния - интереснейшее явление природы. К сожалению, ее еще не получили искусственно (ведь неизвестны условия ее возникновения). Поэтому единственный пока метод изучения шаровой молнии - это систематизация и анализ случайных наблюдений ее. Впервые такая систематизация была предпринята в первой половине XIX в. французским физиком Д. Араго, собравшим сведения о 30 случаях наблюдения шаровой молнии.

Вот некоторые опросы случайных наблюдателей шаровой молнии. Они интересны тем, что написаны очевидцами, в них содержится много фактических данных.

«Я видел с расстояния около 10 м, что шаровая молния светло-желтого цвета диаметром 30-40 см выскочила из земли в месте удара обычной молнии. Поднявшись на высоту 6-8 м, она начала двигаться горизонтально. При этом она пульсировала, принимая то шаровую, то эллипсоидальную форму. Пройдя за 1 мин расстояние около 50 м, она наткнулась на сосну и взорвалась».

«Шаровую молнию я встретил вечером перед грозой, когда шел на охоту. Она была около 25 см в диаметре, белая, двигалась горизонтально, повторяя рельеф местности

«Я видел, как шаровая молния диаметром 10 см прошла через отверстие диаметром 8 мм».

«После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет, на котором я сидел хотя. И хотя она касалась непосредственно моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния притянулась к батарее центрального отопления и исчезла с резким шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм».

«В городе разразилась сильная гроза с ливнем. В открытую форточку окна кухни на втором этаже влетела шаровая молния. Это был однородный желтый шар 20 см в диаметре. Шар медленно двигался по горизонтали, чуть снижаясь; прошел расстояние около 1 м. Он плыл в воздухе, как плавает тело внутри жидкости. Внутри шара стали образовываться тонкие красноватые полоски. Затем он, не распадаясь на части и не падая, тихо, без звука исчез. Все наблюдение заняло около 30 с».

Собирание наблюдений шаровой молнии - это первый шаг в ее изучении. Второй шаг - систематизация и анализ собранного фактического материала. После этого можно переходить к третьему шагу - обобщениям и заключениям, касающимся физической природы шаровой молнии.

Посмотрим же, что дает систематизация многочисленных наблюдений этого интереснейшего явления природы.

Как выглядит шаровая молния? Уже из самого названия следует, что эта молния имеет форму шара и, следовательно, совершенно не похожа на обычную (линейную) молнию. Строго говоря, ее форма всего лишь близка к шару; молния может вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, ее поверхность может колыхаться. Небольшое число наблюдателей (0,3%) утверждают, что встретившаяся им шаровая молния имела форму тора.

С учетом всех замечаний будем считать, что шаровая молния - это шар или почти шар. Он светится - иногда тускло, а иногда достаточно ярко. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100-ваттной лампочки. Чаще всего (примерно в 60% случаев) шаровая молния имеет желтый, оранжевый или красноватый цвет. В 20% случаев - это белый шар, в 20% - синий, голубой. Иногда цвет молнии изменяется во время наблюдения. Перед угасанием молнии вн...