Исследовательская работа по физике "Шаровая молния- это реальность или иллюзия?" (презентация)

Шаровая молния – самое

             редкое

        и загадочное

    явление природы

                             Автор:

                                                   Третьякова Юлия

                                   МОУ СОШ №2 г. Задонск

               10 класс

                                    Научный руководитель:

                                     Дурнева Людмила Алексеевна,

                                     учитель физики,

                                       I квалификационная

                                    категория.

                                                     г. Задонск

        2008 – 2009 учебный год

Общее представление о шаровой молнии

Шаровая молния - это редкое атмосферное явление пока еще неизвестного характера. Ее ни разу не удалось успешно воспроизвести опытным путем. Обычно шаровая молния является в форме энергетического шара от нескольких дюймов до нескольких футов в диаметре. Чаще всего шаровая молния бывает голубого, белого или оранжевого цвета. Одна из ее характерных особенностей - это проникновение внутрь закрытых помещений, иногда даже в кабины самолетов. Предполагали даже, что она может вызывать радиоактивное облучение людей, которые оказались слишком близко от нее.

Шаровая молния - это редкое атмосферное явление пока еще неизвестного характера. Ее ни разу не удалось успешно воспроизвести опытным путем. Обычно шаровая молния является в форме энергетического шара от нескольких дюймов до нескольких футов в диаметре. Однако также были описаны и иные формы. Чаще всего шаровая молния бывает голубого, белого или оранжевого цвета. Те, кто наблюдал ее близко, отмечали подвижные внутренние детали. Обычно шаровая молния образуется во время грозы, но известны случаи, когда она появлялась и при ее полном отсутствии. Одна из ее характерных особенностей - это проникновение внутрь закрытых помещений, иногда даже в кабины самолетов. Шаровая молния может проникать через окна, опускаться по дымоходам, проходить сквозь двери шкафов и вылетать из телеэкранов. Она может двигаться в воздушных потоках, не причиняя вреда и генерируя электрические разряды, может взрываться, выделяя большую энергию, мгновенно испаряя жидкости, расплавляя металл и стекло. Предполагали даже, что она может вызывать радиоактивное облучение людей, которые оказались слишком близко от нее.

Приблизительно до 1970 года большинство ученых считали появление шаровой молнии не более чем иллюзией. Исследователи паранормальных явлений приводят этот феномен в качестве классического примера, как объект спекуляции шарлатанов превратился в предмет изучения традиционной науки. Они считают, что подобное может произойти и с другими необъяснимыми явлениями.

Я сама НИКОГДА не видела шаровую молнию, поэтому собственного мнения о сопутствующих данному явлению звуках, свете, цвете, тепле и запахе у меня быть не может. Шаровую молнию очень многие исследователи и наблюдатели связывают с линейным (грозовым) разрядом (молнией). Очень часто шаровая молния наблюдается сразу после или во время грозы. Название явления отражает его внешний вид - светящийся шар. Этот шар может плавно перемещаться без контакта с предметами. Часто плавно проплывает в поле зрения наблюдателя, который не видит ни возникновения шаровой молнии ни ее исчезновения. Однако при контакте с шаровой молнией часто она исчезает с громким хлопком (взрывом) или тихо, бесшумно. При исчезновении со взрывом шаровая молния наносит ущерб окружающим предметам (особенно проводникам) и живым существам.

Цель работы:

Ответить на вопросы:

Что такое шаровая молния: реальность или иллюзия?

Какие характерные признаки у шаровой молнии?

Как экспериментально получить шаровую молнию?

Каким образом она попадает в закрытые помещения?

Характерные признаки

1. 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).

    2. Шаровая молния имеет 3 стадии: возникновение, существование и исчезновение. Поскольку сведения о шаровой молнии черпаются от случайных наблюдателей, а время существования шаровой молнии значительно, то подавляющая часть наблюдений связана с существованием шаровой молнии и в меньшей степени с исчезновением. Совсем ничтожная часть наблюдений связана с возникновением шаровой молнии.

 Ситуация с шаровой молнией, как объекта изучения науки, уникальна тем, что физические параметры явления в момент его существования никогда не измерялись. Иногда удавалось исследовать последствия воздействия шаровой молнии на материальные объекты. Ввиду этой ситуации - невозможности проверки гипотез без объективных измерений, большую долю в усилиях направленных на изучение шаровой молнии занимают попытки лабораторного создания шаровой молнии   

Фактические данные

Шаровая молния - светящийся шар с нечеткими границами, имеющий диаметр от нескольких сантиметров до нескольких метров;

Цвет свечения шара от ярко белого до светло-голубого и зеленого;

возможно обладает внутренней энергией и ее время жизни ограничено;

возникает вблизи проводников электрического тока при грозе, и возникновение шаровой молнии - это процесс протекающий во времени;

В течении своей жизни шаровая молния может двигаться и зависать не касаясь электропроводных предметов на некотором расстоянии от них, при этом часто ветер не оказывает на нее никакого влияния;

В течении своей жизни шаровая молния иногда производит шипение, жужжание или прерывистый звук;

может проходить сквозь диэлектрики (стекло и прочее) иногда повреждая, иногда не повреждая их;

может исчезнуть со взрывом или тихо;

После исчезновения шаровой молнии часто остается резко пахнущая дымка , бурая в проходящем свете и голубая в отраженном свете.

Шаровая молния возникает вблизи разряда линейной молнии, или вблизи объекта в который попал линейный разряд.

Описания очевидцев

Светящиеся ярко желтые, голубые, зеленоватые, оранжевые шары появляются самым невероятным образом : из розеток, телефонных трубок, кранов парового отопления, а чаще вообще неизвестно откуда плывет в воздухе пульсируя прозрачный огненный мыльный пузырь. Он может проходить сквозь стекла, металлические перегородки....

После грозы открыли окно. В него влетел ослепительно белый шар. Остановился над подоконником, затем медленно поплыл к телефону (3 метра от окна). Остановился над чашками звонков и стал над ними "прыгать" , то почти касаясь то поднимаясь на 10-15 сантиметров. При этом его цвет менялся от белого до бледно-голубого. В шар бросили книгу, он взорвался , запахло озоном.

Самолет ПО-2. Высота 500-600 метров. Попали в грозовые облака. В облаках стали появляться разноцветные шары разных размеров (меньше и больше футбольного мяча). Шары были ослепительно яркими, возникали и лопались то в одном то в другом месте.

Была сильная гроза. В момент одного из разрядов из электрической розетки начал выдуваться оранжевый светящийся шар. Его форма все время менялась. Когда шар достиг размеров футбольного мяча, он оторвался от розетки и поплыл к окну. Шар вылетел через оконное стекло на улицу и там взорвался. В стекле отверстия не обнаружено.

Гипотезы о природе шаровой молнии

Все теории (точнее гипотезы) о природе шаровой молнии разделяются на два класса по признаку места энергетического источника, поддерживающего жизнь шаровой молнии. Это гипотезы предполагающие внутренний источник энергии и гипотезы считающие что источник находится вне шаровой молнии.

К первому типу относятся:

Шаровая молния - газовое или воздушное "необычное" образование. Предлагается, что молния медленно сжигает газ, состоящий из метастабильных частиц или из частиц, которые поглощают энергию благодаря химическим реакциям, включающим пыль, сажу, и т.д., и так далее;

Шаровая молния - сфера нагретого воздуха при атмосферном давлении;

Шаровая молния - плазма с высокой плотностью, которая проявляет квантовую характеристику прочностных свойств твердой фазы;

Шаровая молния - образуется благодаря определенной конфигураций электрического тока замкнутого контура, поддерживающего собственное магнитное поле;

Шаровая молния - существует благодаря некоторому виду воздушного вихря (подобно кольцу дыма) обеспечивающего локализацию люминесцентных газов;

Шаровая молния - поддерживается микроволновым полем излучения, содержащееся внутри тонкой сферической оболочки плазмы.

Ко второму типу относятся:

Шаровая молния - поддерживается высокочастотным излучением с частотой более 100MHz;

Шаровая молния - существует благодаря стационарному току текущего из облака;

Шаровая молния - это сосредоточенные, электрическими полями грозы, космические частицы.

Теория агломерации - объясняла явление шаровой молнии, как концентрацию горючих веществ , которые загорались во время грозы;

Электростатическая теория - по которой шаровая молния это конденсатор;

В заключении краткого обзора теорий шаровой молнии хотелось бы подчеркнуть:

Научное сообщество, в основном, убеждено, что шаровая молния - реальное явление.

Процесс рождения шаровой молнии

Итак, процесс рождения шаровой молнии можно разделить на следующие этапы:

      1.Испарение и однозарядовая ионизация вещества (образование облака однозарядовой плазмы).

      2.Возникновение осевого и поверхностных потоков (токов) плазмы под влиянием трубки тока разряда молнии.

      3.Окончательное формирование потоков, аккумулирование энергии, возникновение магнитного давления.

      4.Завершение формирования объекта за счет магнитоэлектрических сил (форма шара).

Эксперименты направленные на создание шаровой молнии

Любое физическое явление, наблюдаемое в природе, ученые изучают как в природных условиях, так и в лабораторных условиях. В случае с шаровой молнией, изучение ее в природных условиях не проводится (не известно когда и где она появится), и все попытки изучения связаны с лабораторными экспериментами.

Общая схема эксперимента в естественных условиях:

• вызвать грозовой разряд на исходную электромагнитную систему, возбуждаемую грозовым разрядом;
• исходная система передает запасенную электромагнитную энергию плазменному сгустку, после чего шаровая молния начинает самостоятельную жизнь;
• изучение шаровой молнии, полученной в контролируемых условиях.

Вызов грозового разряда.

 Принципиально вызов грозового разряда - сегодня не проблема, поскольку громоотводы есть в каждой деревне. Единственный здравый способ, передвижная лаборатория, которая сможет развернуться в районе грозы. Очевидно, что громоотвод должен быть передвижным. Возможны несколько технических решений: воздушный змей, ракета, телескопический громоотвод.

Наиболее перспективным способом создания громоотвода является ракетная система.

Ракетная система должна включать: систему диагностики грозовой активности, ракеты обеспечивающие подъем провода на заданную высоту (500-800 метров), аппаратуру пуска и оборудованное место установки исходной электромагнитной системы.

Место установки исходной системы и пусковая площадка ракет должны представлять собой единую конструкцию и данная конструкция должна быть расположена на безопасном расстоянии от пункта диагностики и управления. Связь между описанными пунктами передвижной лаборатории, после развертывания, лучше всего поддерживать по оптическим каналам (оптическое волокно без металлической оплетки).

 Частота появлений шаровой молнии

Считается, что шаровая молния - это достаточно редкое природное явление, поскольку имеется не так уж много случаев ее наблюдения. Но не следует путать частоту ее наблюдений с частотой появлений, и делать вывод о том, что шаровая молния редко возникает.

Согласно одной гипотезе, шаровая и линейная молнии появляются с примерно одинаковой частотой. Обычная молния ярко вспыхивает, благодаря чему хорошо заметна за километры и даже десятки километров; и кроме того всегда сопровождается раскатами грома. Шаровая молния, конечно, далеко не так заметна, так как она движется практически бесшумно, и представляет собой сравнительно небольшой светящийся шар, яркостью примерно как 50-ваттная лампочка. Увидеть его можно на небольшом расстоянии. Шаровую молнию наблюдают, в основном, недалеко от земной поверхности (на высоте от метра до десятков метров), поэтому она легко может скрыться за теми или иными объектами.

Предположим, что шаровая молния действительно возникает в месте удара обычной молнии, которое редко можно наблюдать в непосредственной близости. Считается, что шаровая молния чаще всего заканчивает своё существование взрывом (как уже упоминалось, в 55% случаев). Однако эти 55% относятся к случаям наблюдения, а не случаям появления. Можно предположить, что молния значительно чаще заканчивает своё существование спокойно, без взрыва, ведь при этом мы просто можем ее не заметить.

Наблюдатель сможет увидеть лишь те шаровые молнии, которые либо приблизились к нему, либо случайно возникли около него. Но вряд ли кто-то сможет разглядеть небольшой светящийся шарик на расстоянии в несколько километров. Итак, вполне возможно, что шаровая молния - не такое уж редкое явление. Конечно, это всего лишь предположение. В настоящее время мы не можем её подтвердить, однако у нас нет оснований её отбросить.

                             Опасность 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.

13. Рекомендации

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

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

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

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

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.

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

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования позволяют однозначно ответить на вопрос, существует ли шаровая молния. В свое время высказывалось предположение, что она может быть оптической иллюзией. Эта гипотеза повторяется и в наше время. Суть ее в том, что сильная вспышка линейной молнии за счет фотохимических процессов может оставить след на сетчатке глаза, который сохраняется на ней в виде пятна в течение 2-10 с. Это пятно и воспринимается как шаровая молния.

       Но скорее всего она существует.

• Во-первых, каждое из многочисленных описаний наблюдений шаровой молнии, использующихся как довод в пользу реальности ее существования, содержит множество деталей. Эти детали не могли возникнуть в мозгу наблюдателей в качестве последействия вспышки линейной молнии.
• Во-вторых, имеется ряд надежных фотографий шаровой молнии, что объективно доказывает реальность ее существования.
• В-третьих, в ряде случаев шаровая молния оставляет после себя следы, которые нельзя связать с линейной молнией. Таким образом, на основе совокупности данных о наблюдениях шаровой молнии и их анализа можно с полной уверенностью утверждать, что она вполне реальное явление.

Кроссворд.

Вопросы.

По горизонтали.

     1. Бурное ненастье с дождем, громом и молниями.
2. Гигантские искры, возникающие между равнозаряженными участками грозовых облаков.
3. Состояние атмосферы в определенном месте в определенное время.

По вертикали.

     1. Звук, которым сопровождается молния.
4. Эффективное средство защиты от молнии.
5. Молния, которая образуется в результате распада “канала” обычной молнии на отдельные участки.

    Ответы.

По горизонтали.

     1. Гроза.
2. Молния.
3. Погода.

По вертикали.

      1. Гром.
4. Молниеотвод.
5. Шаровая.

Информационные ресурсы.

1.А.В. Перышкин, Родина Н.А. Физика 6-7 класс. – М.: Просвещение 1986г.

2.Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2002г.

3. http://www.zeh.ru/shm/

4. http://www.bibliotekar.ru/cern3/17.htm

5. http://www.ball-lightning.ru/

                          6. Смирнов Б.М. Проблема шаровой молнии. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 208 с.

                          7. Стекольников И. С. Физика молнии и грозозащита. - М.: Изд-во АН СССР, 1943, с. 145.

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