297
з історії

132
учня

72
для 11 классу

244
відкореговано


Вашій увазі

415
кейсів
Останнє оновлення:
24.01.2017


Кейс-урок «Блискавка - красива і небезпечна»
Кейс-урок «Блискавка - красива і небезпечна»

Розділ: Науки, природа і людина

Рівень (клас): 7

Тема: Природні явища

Мета: Ознайомитися з таким фізичним явищем, як блискавка, системно засвоїти теорію її утворення і прояву

Яка інформація мене тут чекає?

  • Як утворюється блискавка?
  • Як розрахувати відстань до блискавки?
  • Яких правил необхідно дотримуватися під час грози?
  • Як надати першу необхідну допомогу людині, яку вразила блискавка?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені знадобляться?
  • Як навчитися фотографувати блискавку?
10 розгорток по предметам, явищам та практикам:
Вступ

Що таке блискавка? Для чого вона потрібна? Це гнів богів або явище, яке необхідне для існування життя на землі? Що нам відомо про це явище?

Блискавки відносяться до одних з найзагадковіших і найкрасивіших явищ природи, які виникають, як правило, під час грози і дуже часто влаштовують у небі незабутні світлові шоу.

Про потенційну небезпеку блискавок не можна забувати, адже від них іноді гинуть люди, згорають дерева і будинки. Але все ж таки, природа гармонійна і життя на землі без блискавок неможливе, оскільки блискавка є батареєю землі, яка заряджає електронне поле, а в спокійну погоду розряджає його. Окрім цього, завдяки такому явищу, як блискавка, виробляється озон, і утворюються нітрати, необхідні для земної флори.

А ось неймовірне природне явище, яке сталося в Австралії:

Географія

Як утворюється блискавка?

Блискавка виникає під час грози, коли всередині хмар або між ними і земною поверхнею виникають електричні розряди, які супроводжуються звуковими коливаннями - громом.

Гроза утворюється в потужних купчасто-дощових хмарах і, як правило, супроводжується зливовим дощем, градом і шквальним вітром. Таке природне явище, як гроза, є одним з найнебезпечніших явищ для людини, яке приводить до великих людських втрат.

 

Частота ударів блискавки в різних регіонах Землі розрізняється:

 

Грозові хмари складаються з величезного об'єму водяної пари, частина якої представлена у вигляді крижинок. Піднімаючись з землі, повітряні потоки створюють у хмарі ефект конвекції. Ці крижані частинки, рухаючись, стикаються одна з одною і, залежно від їх величини, отримують позитивний або негативний заряд. Грозові хмари, що утворилися, зверху мають позитивний заряд, а знизу - негативний. При наближенні між цими хмарами проскакують деякі іони і електрони, які створюють плазмовий канал, що світиться і відкриває дорогу іншим частинкам. Ось таким чином відбувається розряд блискавки. Слід зазначити, що при цьому напруженість електричного поля досягає мільйона V/m (вольт на метр).

У системі СГС (сантиметр, грам, секунда) напруженість електричного поля вимірюється в системі СІ — в ньютонах на кулон або у вольтах на метр:

 

Стадії розвитку грозової хмари:

 

Блискавка може виникати в самій хмарі, між сусідніми хмарами, між землею і наелектризованою хмарою. Спочатку виникає різниця електричних потенціалів, а після цього відбувається розряд блискавки.

А знаєте, чому блискавка має вигляд не прямої, а ламаної лінії?

Такий ефект виходить завдяки молекулам повітря, які рухаються по провідному плазмовому каналу:

 

Тобто, коли відбувається зустріч двох протилежно заряджених стримерів, то відкривається плазмовий канал і по ньому спрямовуються одна до одної протилежно заряджені частинки. Плазмовий канал - це і є блискавка. Коли плазмовий канал відкривається, то відбувається миттєве розширення, і ви чуєте гуркіт грому.

Які види блискавок існують у природі?

Залежно від напряму розряду в природі можна спостерігати такі блискавки, як:

• Розгалужені. Такими блискавками є вертикальний розряд від хмари до землі, який розділяється на декілька гілок.

• Лінійні. Ці блискавки мають форму ламаної або зигзагоподібної лінії, що яскраво світиться.

• Внутрішньохмарні – це блискавки, які відбуваються усередині грозових хмар.

• Стрічкоподібна блискавка є розрядами блискавок, які за своєю формою нагадують стрічку.

• Перлові блискавки (вони ще називаються чоткові) є дуже рідкими і красивими явищами природи. Ця блискавка має вигляд куль, що світяться і розташовані на відстані 7-12 м одна від одної, і віддалено нагадують нанизані на нитку перли.

• Кульова блискавка має вигляд круглої кулі, що світиться, діаметр якої може коливатися від 3 до 20 см.

 

Два останні види блискавок відносяться до досить рідких явищ. Але велика частина блискавок відбувається усередині і між грозовими хмарами. Середня довжина блискавки досягає 2,5 км. Але існують і такі розряди, які тягнуться в атмосфері на відстані до 20 км.

Блискавки і електричні розряди у верхніх шарах атмосфери:

 

Ельфи і джети - це блискавки у верхніх шарах атмосфери.

Ельфи є величезними спалахами-конусами, але зі слабим світінням, їх діаметр досягає близько 400 км. Вони з'являються безпосередньо з верхньої частини грозової хмари. А джети мають вигляд трубок-конусів синього кольору.

Спрайт являє собою деяку подобу блискавки, що б'є з хмари вгору.

Фізика

Природа і сьогодні підкидає нам багато загадок, особливо з блискавками.

 

Наприклад, що викликає електризацію хмар? Електричний заряд, який виникає при терті. Адже вони не труться одна об одну, як це відбувається при утворенні електростатичного заряду на волоссі і на гребінці.

Чи помічали ви, що якщо розчісувати сухе чисте волосся пластмасовим гребінцем, то вони притягуються до цього гребінця і в якійсь мірі навіть іскрять. І після цього гребінець здатний притягувати й інші дрібні предмети. Так, наприклад, якщо ви піднесете його до дрібно нарізаного паперу, то побачите, як він миттєво притягнеться і налипне на гребінець. Ось це явище і називається електризацією тертям:

 

Отже, з цього можна зробити висновок, що тіло, яке після натирання здатне притягувати інші тіла, є наелектризованим:

 

Як і у випадку з блискавкою, так і з волоссям причиною є статична електрика. Волосинки заряджаються однаковими зарядами, і відштовхуються одна від одної, і в результаті ми отримуємо на голові «їжачок»:

 

Перегляньте відео, з якого ви дізнаєтеся багато нового про статичну електрику:

Явища, що виникають від електризації:

 

Цікаві факти:

• Чи відомо вам, що сила струму електричного розряду накопиченої електричної енергії через атмосферу створює струми до 100 000 А, а передуюча блискавці різниця потенціалів може досягати мільярда вольт.

• Чи можете ви уявити, що повітря в каналі блискавки розігрівається до 30 тис. градусів - це в п'ять разів більше, ніж температура поверхні Сонця.

• Швидкість, з якою поширюється блискавка, дорівнює 1 млн м/с і від хмар до Землі вона проходить за 0,002 с.

• У літаки блискавка потрапляє в середньому один раз на кожні 5-10 тис. льотних годин.

Математика
Як далеко від нас знаходиться блискавка?

Щоб визначити відстань до того місця, де бушує гроза, можна скористатися нескладним способом обчислення відстані від того місця, де ви знаходитеся і до спалаху блискавки:

 

Для цього необхідно підрахувати, скільки секунд проходить між спалахом і гуркотом грому і розділити це число на п'ять. Тобто, якщо між блискавкою і громом проходить 5 секунд, то блискавка знаходиться в одній милі від вас. Якщо ж проміжок триває 10 секунд, то, відповідно, відстань до грози дорівнює дві милі:

 

Такий метод обчислення грунтується на тому факті, що рух світла в атмосфері відбувається швидше, ніж звук. Так, наприклад, швидкість світла дорівнює 299 800 км/c, а швидкість звуку — 332 м/с. Звісно швидкість звуку ще залежить і від температури, але оскільки різниця мала, то значного впливу на розрахунки не робить.

Також, можна порахувати час між ударом блискавки і гуркотом грому і скористатися такою шкалою:

 

На якій відстані від вас знаходиться блискавка, можна розрахувати й іншим способом. Для цього вам необхідно округлити швидкість звуку до 340 м/с, потім порахувати, скільки секунд між блискавкою і громом і помножити це число на 340. У результаті ви отримаєте відстань до блискавки в метрах. Тобто, якщо між блискавкою і громом проходить 3 секунди, то блискавка знаходиться приблизно в кілометрі від вас, а якщо бути точнішими, то на відстані 1020 м:

 

Це лише один з прикладів у математиці, де ми розглянули завдання на відстань, швидкість і час. Але завдання з таким явищем, як блискавка, можна розглядати не лише в алгебрі, але і геометрії, тригонометрії і т.д.

Техніка безпеки

Блискавка – це, звичайно, красиве видовище, що зачаровує, але в той же час досить небезпечне природне явище, від якого бажано триматися подалі.

І якщо вам стало відомо, що блискавка знаходиться приблизно в кілометрі від вас, то необхідно терміново шукати укриття.

Отже, чого не можна робити під час грози, якщо ви знаходитеся на вулиці:

 

А що не можна робити, якщо ви опинилися під час грози в транспорті:

 

Навіть знаходячись у приміщенні, слід бути обережними і у жодному випадку не можна:

 

Крім того, під час грози у жодному випадку не можна користуватися мобільним телефоном, торкатися до металевих предметів, знаходитися у воді, займатися спортом, ховатися під деревами і висотними конструкціями.

Що необхідно зробити, якщо ви потрапили в грозу?

Якщо ви опинилися під час грози на відкритій місцевості, то:

а) не панікуйте і відійдіть подалі від дерев, що окремо стоять, і високих будівель;

б) не розкладайте парасольку, оскільки вона складається з металевих деталей, які є хорошими провідниками електрики;

в) тримайтеся подалі від металевих огорож і мокрих стін;

г) уникайте пагорбів та інших висот;

д) відключіть під час грози мобільний телефон і не торкайтеся до металевих предметів;

е) намагайтеся перечекати грозу у якому-небудь приміщенні.

Анатомія

Людське тіло є хорошим провідником, його м'язи і кровоносні судини в значній мірі складаються з води, а його нерви здатні переносити електричні сигнали.

Від ударів блискавок у світі щороку гине близько 3 тис. осіб і 25% таких смертей при попаданні блискавки в тіло людини відбуваються із-за зупинки серця. І навіть якщо людині вдалося вижити, то без серйозних травм і опіків не обходиться:

 

 

Сліди, які залишаються на тілі людини від дії блискавки, називають фігурами Ліхтенберга або «квіти блискавки». Такі розгалужені сліди з'являються на тілі вже через декілька годин після удару блискавки. Це спричинене розривом кровоносних судин під шкірою.

Пригадаємо будову кровоносної системи людини:

 

Після удару блискавки, крім слідів на тілі, можуть також виникнути незворотні пошкодження мозку, дуже сильні опіки, а можна взагалі загинути. І хоча температура під час розряду дуже висока, але триває він зазвичай недовго і не завжди приводить до серйозних опіків. Як правило, основний струм блискавки часто проходить по поверхні тіла, тому людина, уражена блискавкою, має шанс вижити.

Деякі навіть залишаються повністю неушкодженими, але, на жаль, поки науці невідомо, чому так відбувається.

Здоров’я

У разі враження блискавкою людина може впасти і знепритомніти, в деяких випадках виникають судоми, спостерігається зупинка дихання і серцебиття. І якщо ви опинилися поряд з людиною, яку вразила або контузила блискавка, то ви повинні їй допомогти, надавши першу необхідну допомогу:

 

Яку ж необхідно надавати допомогу, якщо раптом хтось все ж таки став жертвою небесного розряду, щоб врятувати життя потерпілому? У першу чергу необхідно перевірити дихання людини і при необхідності зробити штучне дихання і перевірити серцебиття. За відсутності серцебиття необхідно зробити непрямий масаж серця. Але робити це повинна людина, яка знає і вміє це. Якщо неподалік є аптечка, промокніть ватку нашатирем і піднесіть до носа потерпілого. Розітріть потерпілого спиртом або горілкою, укутайте у що-небудь тепле. Якщо є місце травми, на нього потрібно накласти стерильну пов'язку.

Чого у жодному випадку робити не можна?

Категорично забороняється заливати в рот потерпілому рідину і закладати за щоку пігулку. Адже людина може задихнутися. І вже тим більше не можна закопувати потерпілого в землю. Це не іронія, а народна мудрість. Здавна вважалося, що при ударі блискавкою допомагає земля. Так от цього робити не можна. Ви лише втратите час, який може виявитися дорогоцінним.

Звичайно робити це потрібно після виклику швидкої допомоги:

 

Історія

Древні люди блискавку сприймали, як вираження волі богів і прояв божого гніву. Але допитливий людський розум намагався осягнути природу блискавок, зрозуміти її природні причини. Над цим розмірковував Аристотель, замислювався Лукрецій. Досить наївно представляються його спроби пояснити грім як наслідок того, що хмари стикаються під натиском вітру.

Багато століть вважалося, що блискавка - це вогненна пара, затиснута у водяних парах хмар. Розширюючись, вона прориває їх у найбільш слабкому місці і швидко спрямовується вниз, до поверхні землі.

Але завдяки багаточисельним дослідженням і наполегливій праці таких учених і діячів, як М.В. Ломоносов, Г. Ріхман, Б. Франклін удалося довести, що гроза і блискавка мають природне походження і до чогось надприродного і божественного відношення не мають.

 

Бенджамін Франклін проводив експерименти з блискавками. Його помічником став повітряний змій. Під час грози він запускав його у небо і спостерігав. Треба зазначити, що змій мав дротяне закінчення, а інколи Франклін вішав на нього в'язку ключів. Вниз по дроту стікав слабкий розряд блискавки. Завдяки своїм спостереженням він довів, що блискавка – це негативний електричний розряд.

Подібний експеримент спробував відтворити російський академік Г.В. Ріхман. Сталося це в 1753 р. На жаль, досвід закінчився загибеллю Ріхмана, причиною якої став удар блискавки.

Громовідводи, поширені сьогодні по всьому світу, так само зобов'язані своїй появі Франкліну. Вперше товстий залізний стержень піднявся над Капітолієм столиці штату Мериленд у 1775 р. Стержень був вищий за будівлю на декілька метрів і був закопаний в землю. Такому, здавалося б, не хитрому, але важливому винаходу, були раді не тільки в США, але і в Європі.

Вже в XVIII ст. людина почала шукати шляхи, як захистити себе персонально від блискавки:

 

А ось такі методи персонального захисту були запропоновані в 70-х рр. XX ст.:

 

Опубліковані зйомки блискавок, записані зі швидкістю 7200 кадрів у секунду.

Мистецтво

Практично в кожній древній культурі існував свій бог блискавки, оскільки це природне явище вважалося посланнями богів. Звичайно ж, найвідомішим повелителем блискавок залишається старогрецький бог Зевс. Древні люди були впевнені, що місце, де ударила блискавка, освячене Зевсом.

У Древньому Римі такими ж можливостями володів Юпітер. Легенди розповідають про те, що Юпітер, так само, як і Зевс, мешкав на високій горі і спостерігав за долями людей. Своє незадоволення і гнів Юпітер виражав гуркотами грому, блиском блискавки. А якщо людину вбила блискавка, то люди свято вірили, що небесний повелитель у такий спосіб покарав людину за її гріхи. Ховали таких людей без спеціального обряду, адже всі були впевнені, що людина провинилася перед небесним батьком.

 

 

Древній людині було властиво вірити в щось надприродне. Люди навіть намагалися робити ліки з каменів, в які влучила блискавка.

А римляни, індуси та індійці Майя були впевнені, що в тих місцях, де ударяла блискавка, обов'язково виростають гриби.

Ще одним відомим богом грому і блискавок є скандинавський бог Тор.

На Русі таким повелителем стихії був Перун. Блискавкам на Русі приписували позитивні якості і вважали, що громом і блискавкою Перун знімає із землі всяку скверну. Так само на Русі вважалося, що вбита блискавкою людина відразу потрапляє до раю.

Біохімія

У 1953 р. два біохіміки провели експеримент: Гарольд Клейтон Юрій і тоді ще студент Стенлі Міллер через суміш метану, аміаку, водню і водяної пари пропускали міні-блискавки і в результаті виявили, що в такий спосіб можна отримати амінокислоти:

 

Вони довели, що при пропусканні коротких імпульсів струму через бактерії в їх оболонці з'являються пори, через які всередину можуть потрапляти фрагменти ДНК інших бактерій, запускаючи один з механізмів еволюції.

Таким чином, виникла теорія зародження життя на Землі, головною діючою силою в якій була блискавка.

Технологія

Яким же чином можна зловити момент спалаху блискавки на фотокамеру? Виявляється все досить просто, головне, щоб у камері була можливість ручного налаштування витримки.

У тому випадку, якщо блискавки з'являються на небі з періодичністю в 30 секунд і більше, необхідно виконати наступні дії:

 

У даному випадку ви отримаєте безліч чітких блискавок і розмиті хмари, тому що вони рухаються плавно.

Якщо ж блискавки мелькають одна за одною, то:

 

У даному випадку ви отримаєте 1-2 блискавки і чіткі хмари.

Завдання з фотографування блискавок полегшується в рази, якщо у вас є штатив, щоб закріпити камеру і не рухати її.

Ось, наприклад, фотографія, зроблена на р. Трубіж (Баришівка) за допомогою Canon 500D (діафрагма f 5,6, iso 200, витримка – 80 с.):

 

Фотографія, зроблена в бухті Ласпі (Крим) за допомогою Canon 500D (діафрагма f 5,6, iso 100, витримка – 27 с.):

 

Фотографія, зроблена в Переяслав-Хмельницькому за допомогою Canon 400D (діафрагма f 6,3, iso 400, витримка – 30 с.):

 

Фотографія, зроблена в Судаку (Крим) за допомогою Canon 500D (діафрагма f 8, iso 100, витримка – 25 с.):

 

Підведення підсумків кейс-уроку:

Назва

Зміст

1

Результати кейс-уроку можна доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Молния

http://www.fxyz.ru/формулы_по_физике/электричество/электрическое_поле/напряженность_электрического_поля/

 

3

На допомогу учню і коучу:

http://edufuture.biz/

http://meteo.ua/interesting-meteorology/article/chto-takoe-lineynaya-sharovaya-i-drugie-vidyi-molniy-44

http://www.youtube.com/watch?v=7_9GghA0MG0

 

4

Де знаходити інформацію для кейса:

http://edufuture.biz/

http://yabbi.ru/cognitive/8141-sharovye-molnii-i-ne-tolko.html

http://www.youtube.com/watch?v=WOTZJc9YUIw

http://www.youtube.com/watch?v=4S26InKZL8Q

 

5

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить у класі.

Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Змагання:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав:….

Завдання для них:

1. Знайдіть і опишіть усі види блискавок. Складіть порівняльну таблицю-характеристику, в якій вкажіть: вид блискавки, місце виникнення, висота утворення, коли вперше була зафіксована, форма блискавки, тривалість.

2. Чому при ударі блискавки іноді в декількох метрах від удару виявляються пошкодження чутливих електровимірюваних приладів, а також плавляться запобіжники в освітлювальній мережі?

3. Скільки часу триває блискавка, якщо через поперечний перетин її каналу протікає заряд 30 Кл, а сила струму в середньому дорівнює 24 кА?

7

Домашнє завдання:

Сформулювати по 5 питань до матеріалу кейса (індивідуальне завдання).

8

Тривалість:

90 хвилин (спарений урок).

 

9

Можливість схеми заняття з учнем-дублером: 

Можливо.

10

Отримані знання і напрацьовані компетенції:

 

Знання про значення особи в історичних процесах.

Уміння швидко знайти необхідну інформацію по темі.

Здобуття практичних навиків вживання отриманої інформації.

Здобуття конкретних знань з географії, фізики, математики, хімії, історії та інших розділів (наведені в розгортках).

11

Теги:

Блискавка, електричний розряд, звукові коливання, плазмовий канал, тертя, електризація, спалахи блискавки, грім, ельфи, джети, спрайт.

12

Автори:

 Паутінка Світлана Анатоліївна

13

Приймали участь в апгрейді кейса:

 

 

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середньго 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!