327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
27.03.2017


Кейс - урок «Хмари в небі та в комп'ютерних технологіях»
Кейс - урок «Хмари в небі та в комп'ютерних технологіях»

Розділ: Науки, природа і людина

Рівень (клас): 7-9

Тема: Природні явища

Мета: Сформувати уявлення про хмари, їх види, умови утворення і значення.

Яка інформація мене тут чекає?

  • Як відбувається процес формування хмар?
  • Як по хмарах можна дізнатися погоду?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені знадобляться?
  • Чому утворюється конденсат?
  • Як і навіщо розганяють хмари?
  • Що таке хмарні технології?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Хмари можуть бути повітряними, легкими і пухнастими, або ж важкими, темними, грозовими. Ми піднімаємо очі вгору, і бачимо, як вони пропливають над нашими головами. Ми спостерігаємо за їх химерними формами і оригінальними фігурами. Іноді крізь хмари пробивається веселка, і ми милуємося цим природним явищем. Хмари прекрасні під час заходу або сходу сонця, коли їх опромінюють сонячні промені і вони неймовірні, коли насувається гроза.

 

Хмари цікавлять людей, незалежно від їх віку та сфер діяльності. Одним подобається просто спостерігати за хмарами, їх рухом, різноманітністю, інші, в силу своєї професії, займаються їх вивченням, а треті, можливо, просто чекають, коли після спекотної жари нарешті піде довгоочікуваний дощик.

Географія

Що таке хмари? Чому хмари бувають різними? Як відбувається процес їх формування? Давайте спробуємо розібратися в цих та багатьох інших питаннях, пов'язаних з хмарами.

Хмари являють собою скупчення зважених в атмосфері крапельок води або кристалів льоду, які знаходяться на значній висоті над земною поверхнею.

Як же утворюються хмари? Спочатку, повітря, нагріте від Землі, розширюється, стає легким і піднімається вгору. Чим вище піднімається повітря, тим нижче стає його температура. При поступовому охолодженні, вода з пароподібного стану переходить у рідкий, перетворюючи водяну пару в краплі води. Так утворюються хмари.

 

Хмари дуже різноманітні і відрізняються за своєю формою. А залежить це різноманітність від умов їх виникнення і від характеру продуктів конденсації, які утворюють хмару.

 

За зовнішнім виглядом хмари можна розділити на три основні групи:

а) купчасті. Цей вид хмар складається з окремих хмарних мас, які розвиваються вгору і в горизонтальному напрямку практично не розвиваються;

Схематичне зображення процесу виникнення купчастих хмар:

 

б) перисті або хвилясті. Розвиток цих хмар поширюється по горизонталі. Вони можуть бути розділені на нитки, хвилі, вали, маленькі купки, кулі і т. д.;

в) шаруваті. Цей вид хмар має вигляд рівномірної суцільної пелени.

 

Крім того, всі хмари можуть виникати на різних висотах. І в залежності від висоти, на якій вони знаходяться, їх ділять на чотири таких сімейства:

• Хмари верхнього ярусу, які перебувають на висотах вище 6000 м (CH). Ці хмари є крижаними. На висоті 20-30 км в стратосфері іноді виникають перламутрові і сріблясті перисті хмари, в будові яких беруть участь не тільки крижані кристали, але і метеоритний або вулканічний пил.

• Хмари середнього ярусу, знаходяться на висоті від 2000 до 6000 м (CM). Вони, найчастіше, водяні змішаного виду, вдають із себе безформні шари сірого кольору.

• Хмари нижнього ярусу, розташовуються нижче 2000 м (CL). У таких хмарах нижня частина водяна, а верхня - крижана. Коли така хмара швидко розростається в висоту, то його основа стає темною, і в будь-який момент з неї може полити дощ.

• Хмари вертикального розвитку. У таких хмарах їх основа знаходиться на рівні нижнього ярусу, а її вершини можуть досягати положення хмар верхнього ярусу.

Залежно від виду хмар можна визначити і прогноз погоди на найближчий час, не вдаючись до різних синоптичних приладів, а лише подивившись на небо.

 

Завдання:


За допомогою даної таблиці, спробуйте визначити погоду на найближчий час.

Подивіться відео про те, які бувають красиві хмари під час сходу і заходу сонця:

Про це цікаво дізнатись

Іноді на небі можна спостерігати досить таки рідкісні, але незвичайні хмари.

 

Перламутрові хмари утворюються в небі на висоті близько 20-30 км. Тонкі прозорі хмари складаються з кристалів льоду або переохолоджених крапель води. Це рідкісне явище можна спостерігати безпосередньо після заходу або перед сходом Сонця, а ось вдень ці хмари стають невидимими.

 

Лектикулярні хмари дуже часто сприймають за НЛО. Вони утворюються з-за гравітаційних хвиль, коли на шляху повітряного потоку з'являється такі перешкоду, як гори або грозові хмари.

 

Ранкова Глорія - це так само рідкісний вид хмар, які утворюються в нижніх шарах атмосфери попереду грозової хмари. Вони можуть витягуватися на 1000 км і складатися з 7-8 таких рядів. Ранкову Глорію можна спостерігати в Північній частині Австралії.

 

Хмари Кельвіна Гельмгольца отримали свою назву на честь німецького фізика Германа фон Хельмольца і британського фізика Лорда Кевіна. Вони схожі на океанські хвилі. Такі хмари утворюються тоді, коли 2 різних шари повітря рухаються поруч з різною швидкістю, причому верхній шар рухається швидше.

Але ще одним цікавим фактом є те, що хмари можна зустріти не тільки на нашій планеті, але і на Марсі, Венері супутниках Сатурна і Нептуна. Від земних хмар вони відрізняються своєю природою виникнення і умовами, які притаманні цим планетам.

Фізика
Хмари - це не що інше, як скупчення в атмосфері конденсованого водяного пару. Адже коли повітря і водяний пар, що знаходиться в ньому, з тієї чи іншої причини охолоджується, то утворюється конденсат у вигляді водяних крапельок або крижаних кристалів.

 

Коли повітря досягає точки роси, тоді відбувається конденсація. Краплі, що знаходяться в хмарах мають дуже маленькі розміри і тому в повітрі дуже повільно падають. А при мінусовій температурі ці краплі переохолоджуватися і не замерзають, а залишаються в рідкому стані.

Графік залежності вологості повітря від його температури:

 

Що ж таке конденсація? Це перехід речовини з газоподібного стану в рідке.

Молекули рідини в процесі випаровування перебувають в повітрі в стані безперервного теплового руху. Але в зв'язку з тим, що рух молекул хаотичний, то природно, що якась частина молекул знову потрапляє в рідину. І чим більше число таких молекул, тим відбувається більший тиск пари на рідину. Тобто, пара конденсується.

 

У процесі перетворення пари в рідину виділяється певна кількість тепла. Тепло, що виділяється при конденсації можна визначити за формулою:

 

де L - питома теплота пароутворення.

Цю формулу можна застосовувати і для розрахунку кількості теплоти, необхідної для перетворення рідини в пар, наприклад, при кипінні, а також і для кількості теплоти, що виділяється при конденсації.

Швидкість конденсації залежить від:

а) роду рідини;

б) наявності центрів конденсації;

в) температури.

 

Звідси випливає, що суть фізичного процесу утворення конденсату полягає в тому, що максимальна кількість вологи, що містить в повітрі у вигляді газу, залежить від температури. І чим нижче температура повітря, тим менша кількість водяної пари, тобто води в газоподібному формі, в повітрі, і навпаки.

При зниженні температури повітря або при контакті повітря з охолодженими предметами, настає той момент, коли температура знижується до точки роси і, в підсумку, випадає конденсат. Тобто, конденсат є тією частиною води, яка утримуватися в повітрі у формі газу вже не може. Повітря насичується водяними парами, а їх надлишок випадає у вигляді конденсату.

 

Де:

 

Формула для розрахунку відносної вологості:

 

Де: ρ - абсолютна вологість повітря, ρ0 - щільність насиченого пара при тій же температурі.

Отже, основною умовою для випадання конденсату є зниження температури повітря до значень точки роси і нижче. А щоб досягти точки роси необхідно, щоб відносна вологість повітря доходила до 100%.

Хімія
В органічній хімії існує таке поняття, як електронна хмара. Що це таке, чому вона так називається і що собою являє, спробуємо розібратися.

Відомо, що атом складається з ядра, навколо якого з величезною швидкістю по орбіталях рухаються електрони. І та частина простору, де найбільш ймовірно знаходження електрона, називають електронним хмарою.

Як же влаштовано електронне хмара? У точності дати опис електронного хмари, досить таки складно, але можна використовувати наближену модель, розглядаючи всі його електрони окремо, так як різні електрони завжди знаходяться в різних станах.

 

Так, наприклад, єдиний електрон атома водню навколо ядра утворює сферичну орбіталь. Вона являє собою кулясту електронну хмару, що віддалено нагадує нещільно намотаний клубок вовни або ватної кульки. Таку сферичну атомну орбіталь прийнято називати s-орбіталлю або електронною хмарою. На цій електронній хмарі 1-2 електрона. І вона найстійкіша і розташовується досить близько до ядра.

 

Але чим більше енергії електрона в атомі, тим швидше він обертається, а область його перебування сильніше витягується і перетворюється в гантелеподібну p-орбіталь. Як правило, якщо електронна хмара має таку форму, то може займати в атомі три положення уздовж осей координат простору x, y і z. Це пояснюється тим, що всі електрони заряджені негативно, і тому електронні хмари взаємно відштовхуються і прагнуть розташуватися якомога далі одна від одної.

Всі ці три разом взятих електронні хмари - px-, py- або pz-орбіталі, утворюють симетричну геометричну фігуру, в центрі якої знаходиться атомне ядро. Ця геометрична фігура нагадує шестикінечну квітку або потрійний бант.

Тому p-орбіталей може бути три. Вони мають однакову енергію, але різне розташування в просторі.

Але крім s- і p-орбіталей, існують електронні d- і f орбіталі, які мають ще більш складну форму. У цих електронних хмарах утворюється ще більший запас енергії. Вони рухаються по досить таки складним шляхах, і в підсумку утворюють складні і красиві об'ємні геометричні фігури.

 

Всі d-орбіталі мають однакову енергію, але по-різному розташовані в просторі. За своєю формою вони нагадують подушечку, перев'язану стрічками і серед них однакові тільки чотири, а п'ята нагадує гантель, протягнути в бублик.

Безліч станів електрона в атомі можна розбити на енергетичні рівні, які нумеруються числами 1, 2, 3 і так далі по зростанню енергії. І чим більше номер цього рівня, тим менше взаємодія його електронів з ядром, а хмара з цих електронів набуває більший розмір.

Давайте подивимося відеоматеріал про форми, розміри і енергію електронної хмари:

Інформатика

В інформатиці присутня своя «хмара» і кожен з вас щодня користується хмарними технологіями.

Хмарні технології - це онлайн-сервіс обробки даних, наданий комп'ютерними ресурсами Інтернет-користувачеві. А під таким поняттям, як «хмара» мається на увазі складна структура з великими технічними деталями. За такої структури тепер працюють Facebook, Amazon, Twitter і ті «Пошуку», на яких засновані сервіси типу Google Docs і Gmail.

 

Щоб було зрозуміліше, що таке «хмара», розглянемо приклади, з якими стикається кожен з вас. У кожного користувача Інтернету є електронна пошта і це, і є та сама хмарна технологія. Адже електронна пошта є веб-сервісом, який вам надають треті особи, наприклад gmail.com, який дозволяє цю пошту використовувати, тобто - це і є хмарний сервіс.

Або візьмемо інший приклад. Якщо ви вирішили за допомогою Photoshop або іншої програми обробити свою фотографію, зменшити її, перевернути, так як це відбувається на вашому локальному комп'ютері, то до хмарної технології це не має ніякого відношення. І зовсім інша справа, якщо ви зображення завантажили через сервіс Picasa і займаєтеся його обробкою в браузері, то це і є те сама «хмара». Тобто, все залежить від методу зберігання і обробки даних.

 

Термін «хмари» і принцип його роботи мається на увазі мережа комп'ютерів, які забезпечують роботу певної системи і споживач користується такими послугами, як програмне забезпечення і зберігання даних.

Типи хмар:

 

Ознаки хмарних технологій:

1. веб-інтерфейс;

2. програмне забезпечення, яке перебуває під контролем третьої сторони;

3. належні їм же сервера;

4. доступ з різних гаджетів, які мають стабільне інтернет-з'єднання.

Еволюція архітектури інформаційних систем:

 

Переваги хмарних технологій

А такі переваги очевидні, так як хмарні технології:

а) дозволяють зберігати файли в хмарних сховищах;

б) економлять місце на локальному жорсткому диску;

в) багатофункціональність програмного забезпечення;

г) захист інтелектуальної власності;

д) доступ до хмари з будь-якого гаджета.

Хмарні обчислення

Хмарні обчислення відносяться до тієї обчислювальної системи, яка здатна забезпечити простий, швидкий і зручний мережевий доступ до ресурсів. Тобто, це робочий майданчик в інтернеті на віддаленому сервері.

 

Основні сервісні моделі «хмари»:

 

• SaaS - додатки. Тобто, користувачі через свій веб - браузер отримують доступ до готових додатків.

• PaaS - платформа. У цьому випадку замовник отримує не просто голий комп'ютер з ОС.

• IaaS - інфраструктура. Користувачі отримують доступ до створеного для них комп'ютера з встановленою операційною системою.

Сервіси з хмари, які ми використовуємо в повсякденному житті:

• Банкомати та платіжні термінали. В хмарі зберігаються дані про стан рахунку і передаються через Інтернет.

• Податкова та пенсійна звітність. Звітність компаній передається в електронному вигляді через спеціальних провайдерів.

• Цифрове телебачення. Через Інтернет програми доставляються користувачам.

• Електронна пошта, повідомлення. Забезпечують через Інтернет хмарні технології.

Технологія

Напевно, ви не раз чули про те, що іноді необхідно вдатися до «розгону» хмар. А що це означає? Як відбувається процес «розгону» хмар? І яка в цьому є необхідність?

 

Як правило, активні дії на хмари переслідують різні цілі. Це роблять для стимулювання випадання опадів, розсіювання хмарності або запобігання граду. Іноді до «розгону» хмар вдаються перед проведенням важливих державних заходів або великих свят. Для цих цілей в області скупчення хмар розпилюють спеціальні реагенти, такі як рідкий азот, сухий лід, гранульовану вуглекислоту або спеццемент.

 

Сухий лід застосовують для нижнього шару хмарності. При викиданні сухого льоду всередині грозової хмари знижується температура і внаслідок, випадають опади.

Тобто якщо лід не викидати, то хмарам для випадання опадів, необхідно було б ще набирати вологу.

А більш потужні дощові хмари розганяють йодистим сріблом. З його допомогою відбувається зниження температури до -40 ° С, переохолоджених краплі замерзають і стають ядрами конденсації. На них осідають інші краплі, що призводить до випадання опадів і хмара зневоднюється.

Для «розгону» шарувато-дощової хмарності використовують рідкий азот. Але якщо температура навколишнього середовища вище -0,5 ° С, то в цьому випадку рідкий азот неефективний і тоді застосовують спеццемент. Також спеццемент використовують і для купчастих хмар.

 

Так як спеццемент має пилову будову, то при його розпилюванні в грозовий хмарі, кожна його порошинка стає центром виникнення крапель води. Капелька води сама по собі не утворюється, а концентрується на якійсь поверхні. Таким чином, розпорошуючи цемент, викликають передчасну конденсацію вологи, і дощ випадає раніше.

При розпилюванні в хмари подрібненої вуглекислоти, температура сильно знижується, і хмара насичується вологою. Потім ці краплі збільшуються і, втрачаючи плавучість, під власною вагою падають на землю.

Напередодні цього заходу синоптики аналізують і визначають, які хмарні системи найбільш осадконебезпечні і прораховують їх рух. Отже, потім для розгону цих хмар в небо піднімаються літаки з балонами, які заповнені реагентами. Ці балони підключають до генераторів дрібнодисперсійних частинок, і під тиском відбувається викидання струменя повітря з регентом на хмару. Після цього в даному районі практично відразу випадають рясні опади.

Як бачите, насправді, хмари не розганяють, а просто змушують їх пролити дощ за кілька десятків кілометрів від того місця, де необхідна хороша погода.

Філософія
Мова - це спосіб спілкування між людьми, а фразеологізми - незмінні супутники нашої мови. Адже, щоб досягти повного взаєморозуміння і домогтися якогось мовного ефекту, простих слів може не вистачити. Гіркоту, любов, іронію і своє ставлення до подій можна висловити більш точніше і емоційніше. Для цих цілей в повсякденній мові ми часто використовуємо фразеологічні звороти. Вони прості, звичні, і знайомі з дитинства. Вони нам відомі з казок, легенд та інших літературних творів.

 

Застосовуючи фразеологічні звороти, ми навіть часом не замислюємося про їх значення, історії походження тієї чи іншої фрази і звідки цей вислів взявся. Адже вивчаючи фразеологічні звороти, можна дізнатися багато нового, корисного і цікавого.

Кожному з вас відома така фраза, як «витати в хмарах». А чи замислювалися ви про те, що вона позначає? Фразеологізм «витати в хмарах» є крилатим висловом, який означає - мріяти, фантазувати. Людина, що витає в хмарах, асоціюється з непрактичним створінням, далеким від дійсності.

 

Про людину, яка з'явилася зненацька, кажуть, що він впав з хмар. А при вираженні «спустився з хмар» мається на увазі, що людина повернулася до реального життя зі світу фантазій, мрій, в якому знаходилася до цього часу.

 

Історія фрази «витати в хмарах»

У стародавні часи, в уяві людей місяць, сонце, зірки кріпилися на кришталевих кулях, які оберталися навколо Землі. А про далекі небеса і хмари, де мешкали боги і духи, прості люди могли тільки мріяти.

Спочатку слово «витати» позначало жити, знаходитися. Тому під фразою «витати в хмарах» малося на увазі - жити там, де живуть боги.

Природно, що після того, як світогляд людей про будову сонячної системи змінилося, то цей вислів отримав зовсім інше значення і став означати «мріяти про щось нездійсненне».

Ще хмарою називають скупчення дрібних частинок пилу, піску, диму і всього того, що може піднятися з землі і зависати або переміщуватись по повітрю. Слово «хмара» ми чуємо, коли говорять про хмару запахів, ароматів, маючи на увазі потік повітря, який поширює їх на будь-яку відстань.

Питання:


Де ще можна використовувати слово «хмара»? Що спільного і в чому відмінність між фразеологізмом і ідіомою?
Підведення підсумків уроку-кейсу

Найменування

Зміст

1

Результати уроку-кейсу можна доповнити такими знахідками учнів

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

http://class-fizika.narod.ru/8_14.htm

http://www.myshared.ru/slide/504962/

 

3

На допомогу учневі і коучу:

http://edufuture.biz/

http://cloud.tambov.ru

http://geographyofrussia.com/oblaka/

http://fact-planet.ru/index.php?page=showarticle&id=223

http://acadomia.ru/articles/inzhenernye-kommunikatsii/formation-of-condensate/

http://www.myshared.ru/slide/821094/

http://www.alhimik.ru/teleclass/glava2/gl-2-5.shtml

 

4

Де брати інформацію для кейсу:

http://edufuture.biz/

https://www.gismeteo.ru/news/klimat/14458-kak-razgonyayut-oblaka-rasskazyvaet-meteorolog/

http://www.geo-site.ru/index.php/2011-01-11-14-45-02/141-2011-10-02-14-59-59/791-oblaka.html

https://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=5BAIC7Hik4A

http://www.primefan.ru/stuff/chem/moodle/atom4.html

 

5

Локація проведення уроку-кейсу

Урок - кейс проходить у класі. Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Участь в змаганнях:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав: ....

Завдання для них:

  1.       Виходячи зі свідчень хмар в цій таблиці, спробуйте визначити погоду на найближчий час.
  2.       Від чого залежить така різноманітність хмар?

7

Домашнє завдання:

1. Які проблеми можуть створити «хмари»?

2. Чи безпечні реагенти, які розпорошуються?

3. Де ще можна використовувати слово «хмара»? Що спільного і в чому відмінність між фразеологізмом і ідіомою?

4. Чому з шаруватими хмарами пов'язані тривалі дощі?

5. .Які види хмар ще ви знаєте?

8

Тривалість:

90 хв. (спарений урок)

 

9

Можливість схеми проведення з учнем-дублером

Можливо.

10

Отримані знання та напрацьовані компетенції:

  •   Сформувати уявлення про хмари, їх види, умови утворення і значення.
  •   Знання про значення особистості в історичних процесах.
  •   Уміння швидко знайти необхідну інформацію по темі.
  •   Отримання практичних навичок та застосування отриманої інформації.
  •   Отримання конкретних знань з філософії, літератури, технології та інших розділів (наведені в розгортках).

 

11

Теги:

Хмари, конденсат, хмарні технології, орбіталь, електронні хмари, точка роси, витати в хмарах, хмарність, шаруваті хмари, кучковаті хмари, перисті хмари

12

Автори:

Паутинка Світлана Анатоліївна

13

Брали участь у апгрейді кейсу:

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!