проект. Атмосферный градиент

  Наш проект называется «Изменение атмосферного давления с высотой с точки зрения учебников физики и географии». (слайд 1) Прежде всего хотим познакомить вас с предысторией возникновения этого проекта. В 7-ом классе на уроке физики нашим руководителем, Назаровым Е.С., была предложена следующая задача: (слайд 2) «Определите высоту холма если у его подножья барометр показывает 760 мм. рт.ст.. а на вершине – 740». (слайд 3) Здесь вы видите правильное решение данной задачи. (слайд 3, аним. 1). Однако, позднее Евгений Сергеевич продемонстрировал прошлогодние рабочие тетради по географии, (слайд 3, аним 2) и, как видим, несмотря на разное решение и разный ответ, это также правильное решение. Причина этого в том, что мы умножаем разницу давлений, на разные показатели (12 и 10,5), но, что интересно, именно эти показатели приводятся в учебниках физики и географии (слайд 4).

   Именно это противоречие, выяснение его причин, и легло в основу нашего исследовательского проекта (слайд 5). Было выдвинуто несколько рабочих гипотез и мы решили руководствоваться так называемым принципом «бритвы Оккама» т.е. прежде чем рассматривать сложные версии, следует проверить и, если надо, отбросить все простые. Наиболее простыми версиями мы посчитали следующие: (слайд 5, аним.) просто опечатка или разные года выпуска, в ходе которых были сделаны какие-то уточнения в данном вопросе.

  Чтобы проверить данные гипотезы мы провели мониторинг учебников географии и физики, которые нам предоставил из своей коллекции Евгений Сергеевич.(Жюри предоставляется материал). И здесь мы обнаружили, что данное расхождение скорее не случайность, а закономерность. (слайд 6). В учебниках физики мы по прежнему наблюдаем 12 метров (кроме учебника Генденштейна), (слайд 7) в учебниках географии – по прежнему преобладание 10,5. Хотя, как видим, много авторов предпочитают вообще не называть конкретных чисел, просто указывая что давление уменьшается с высотой. Таким образом, следует  признать, что первые две версии были ошибочными (слайд 8)

Тогда была выдвинута третья версия (слайд 9) Мы предположили, что данная величина имеет какую-то зависимость, которую принимают или не принимают авторы учебников. Чтобы проверить эту версию мы решили узнать, используя Интернет-ресурсы, имеет ли данная величина какие либо зависимости. Причём, как мы видим на данном скриншоте (слайд 10), данная неразбериха присутствует и в Интернете. Здесь вы видите на одной странице целых три значения.

  Но вернёмся к нашим поискам. Во-первых выяснилось, что данная величина имеет в физике и метеорологии собственное название  (слайд11). – барическая ступень - расстояние, на которое нужно подняться или опуститься, чтобы величина атмосферного давления изменилась на 1 мм. рт.ст. Во-вторых, барическая ступень действительно имеет две зависимости. Она зависит от высоты местности (слайд 11. Аним 1), но данная зависимость нам ничего не даёт, поскольку практически все авторы подчёркивают, что речь идёт о небольших высотах. Также выяснилось, что барическая ступень зависит от температуры (слайд 11, аним2). Вот это уже нам показалось интересным и мы продолжили поиск в данном направлении.

  На метеорологических сайтах мы обнаружили следующую таблицу, более детально показывающую зависимости барической ступени.(слайд12). Правда, неудобство заключалось в том, что практически везде были приведены гектопаскали. Пришлось переводить, учитывая что 1 гектопаскаль это 100 паскаль и приблизительно равно 0,75 мм. рт. ст. Плюс ко всему давление  1000 гектопаскаль – это, всё-таки меньше общепринятых 760 миллиметров (приблизительно 750).

  Но зато здесь решение проблемы начало приобретать более отчётливый вид. (слайд 13). Мы видим что знакомые нам показатели, при небольшом округлении появляются при температурах 0 и 20 градусов по Цельсию.  Действительно,(слайд 14) все мы знаем, что холодный воздух более плотный и вполне естественно, что у более плотного воздуха барическая ступень будет меньше. Таким образом, получается, что физики и географы измеряют давление при разных температурах.  В данном случае мы нашли ответ, но он породил ещё больший вопрос:  почему? Версия о большей теплолюбивости физиков отпала сразу как несерьёзная.

Если набрать в поисковике 760 миллиметров ртутного столба, ноль градусов Цельсия, то мы сразу попадаем в эпицентр естественнонаучного спора, о том что же считать так называемым стандартными условиями исследования. (слайд 15) В одном случае за стандартные условия предлагается взять 760 миллиметров и ноль градусов Цельсия, в другом 760 миллиметров и 20 градусов Цельсия. Предлагалось даже разделить их на стандартные условия и нормальные условия. (слайд 15, аним)В 1982 году организация ИЮПАК ввела единый стандарт 1000 гектопаскалей, ноль  градусов Цельсия.            Но ИЮПАК больше химическая организация, и в учебниках физики, в частности у того же Пёрышкина, мы везде встречаем 20 градусов. (слайд 16)

В заключение, мы решили (слайд 17)практически проверить заново (слайд 18)открытую нами зависимость. Для этого мы использовали самое высокое здание нашего села - здание школы.(слайд 19) В результате нехитрых измерений мы установили, что её высота около 12 метров. На(слайд 20) данных слайдах вы видите результаты практических измерений при разой температуре.(слад 21) Конечно, данная высота не позволяет производить более точные замеры, но всё равно  наглядно видно, что более высокой температуре давление с высотой падает меньше. (слайд 22)

  Таким образом, нашей проектной работой, была установлена причина разночтений при характеристике изменения давления с высотой в учебниках физики и географии. В будущем, наверное, будет более целесообразно приводить оба значения барической ступени с указанием различных температур, что ещё более ярко проиллюстрирует свойства воздуха как газа.