Моделирование природных явлений
и процессов
на уроках естествознания
Важная задача изучения естествознания в начальной школе - развитие у детей умений выявлять причинно-следственные связи в природе, объяснять механизмы протекания некоторых природных явлений и процессов. Для этого учитель организует систематическое целенаправленное наблюдение учащихся за окружающими объектами. Но как, например, ребенок может увидеть извержение вулкана или движение ледника? Или посмотреть, как вращается Земля вокруг своей оси и вокруг Солнца? Идеальное решение - показать учебный фильм. Однако не всегда учитель располагает видеотекой по различным предметам, особенно для начальных классов. Бывает так, что и теллурия нет, да и барометр в неисправном состоянии.
В такой ситуации педагог может использовать модели, выполненные им самим, учениками и их родителями.
Модель - это трехмерное наглядное пособие, дающее изображение предмета или отдельных его частей в увеличенном или уменьшенном виде. Они бывают разборными, статическими или действующими.
Изучая со студентами отделения учителей начальных классов педагогического факультета дисциплину «Методика преподавания естествознания», мы отбираем варианты быстрого изготовления моделей из простейшего подручного материала. Такой метод работы стимулирует познавательный интерес младших школьников, дает возможность увидеть природное явление или процесс в миниатюре.
Вот описание нескольких моделей с описанием технологии их изготовления и методики демонстрации.
Форма Земли
Предлагаем вместе с учащимися на основе наблюдений получить доказательства шарообразности Земли, смоделировав некоторые природные явления и процессы.
Постоянно круглая форма видимого горизонта. На бумажной ленте длиной 1,5-2 м и шириной 25 см нарисуйте в крупном масштабе часть водной поверхности (рис. 1). Для этого бумажная лента прикалывается к полу и на нее наносится дуга большого радиуса, имитирующая выпуклость Земли. Вместо циркуля можно использовать веревку, закрепленную на полу против середины ленты. Посреди ленты рисуем корабль.
Вывод: мы не видим, что Земля шарообразная, только потому, что в поле нашего зрения находится ограниченный ее участок.
Вращение Земли
Осевое вращение. При объяснении доказательства осевого вращения Земли можно успешно использовать модель маятника Фуко: через пробку продеть нить с грузом, проткнуть по бокам тремя вилками, черенки вилок поставить на блюдце с песком; по краям блюдца написать направления сторон горизонта(основные и промежуточные) ; блюдце поставить на большую, перевернутую вверх дном тарелку, на её частях также написать названия сторон горизонта.
Маятник выводить из спокойного состояния по меридиану, то есть с севера на юг», учитель раскачивает нить с грузом с севера на юг так, чтобы острый конец чертил линии по песку, затем одной рукой придерживает блюдце с конструкцией, а другой перемещает тарелку против часовой стрелки, имитируя осевое вращение Земли. «Посмотрите, ребята, наша Земля немного сдвинулась по оси вращения. Раскачиваясь, маятник оказался над новыми делениями, не С - Ю, а СВ - ЮЗ, хотя в своей плоскости качания (на блюдце) направление его такое же: С -Ю. Создаётся впечатление, что изменяется плоскость качания. Это может произойти только из-за того, что Земля под маятником поворачивается (вращается)».
Орбитальное обращение. Предлагаем два варианта моделирования орбитального обращения Земли вокруг Солнца.
1. Показать движение по орбите можно с помощью юлы: на основание вокруг ручки наклеить из бумаги или вылепить из пластилина желтые лучики, имитируя Солнце, а по окружности юлы, по самой широкой части, прилепить пластилиновый жгутик - оформить орбитальный путь - и на нем пластилиновым шариком из смеси белого и голубого цветов показать Землю. Данная модель показывает круговую орбиту Земли и направление ее обращения вокруг Солнца, но не отражает осевого вращения планеты.
2. Выполнить модель из яблока, проткнутого спицей, и свечи.
Вместо яблока можно надуть небольшой шарик, покрасить его синей гуашью. Из бумаги вырезать контуры материков, сделать светлую штриховку, наклеить на шарик. Обозначить экватор и полюса, к полюсам приклеить бумажные трубочки (имитация земной оси). На контуре Евразии красным флажком отметить приблизительно местоположение своего населенного пункта. Пронося шарик вокруг зажженной свечи и одновременно выполняя осевое движение, обсудите с учащимися: механизм смены времен года в Северном и Южном полушариях; особенности освещения, угла падения солнечных лучей в своей местности; угол наклона оси к плоскости орбиты (можно сформировать представление о ее прецессии - медленный, за 26 тысяч лет, поворот оси и пространстве и нутации - периодические колебания, изменения местоположения полюсов).
Тела, вещества, частицы
При изучении данной темы по программе «Мир вокруг нас» А. Плешакова выполняется моделирование взаимного расположения частиц в твердом, жидком и газообразном состоянии вещества с помощью пластилиновых шариков. Есть два варианта такой работы:
Плоскостное моделирование- распределяем шарики на картонках, увеличивая или уменьшая расстояния между ними;
Объемное моделирование в виде геометрических конструкций- соединяем шарики предметами разной длины, например спичками, для имитации расстояния между частицами в жидком веществе и спицами- в газообразном.
Землетрясения
Учитель может проиллюстрировать механизм землетрясения с помощью следующего моделирования и объяснения. На границе поднятий и опусканий горные породы деформируются наиболее интенсивно: в них возникают упругие напряжения, которые со временем постепенно увеличиваются. В тот момент, когда напряжения достигают предела прочности горных пород, происходит их разрыв, сопровождающийся выделением огромного количества энергии.
На поверхности земли возникают волнообразные движения. Аналогия механизма этого явления: если в ванне с водой (МОЖНО использовать большую прямоуголь- ную стеклянную емкость) медленно растягивать кусок резины, то поверхность воды будет оставаться спокойной до того момента, как резина порвется (рис. 11). В момент разрыва энергия, накопившаяся в результате растяжения, поступает на земную поверхность и возникают волны.
Рис.11
Вулканизм
Для этой темы мы опробовали три варианта демонстрации извержения вулкана.
1. Сделать конус из коричневого картона, в верхнее отверстие вставить невысокую пластмассовую упаковку, например из-под йогурта, насыпать туда соды питьевой и марганцовки. Чтобы имитировать извержение, добавляем в эту смесь горячей воды или уксуса, и вязкая красная масса, пенясь, будет двигаться через край по «склону» вулкана.
2. Насыпать чайную ложку питьевой соды в пробирку, долить в нее теплой воды на треть, тщательно встряхнуть и перемешать. Добавить пять капель моющей жидкости и три капли пищевого красителя, чтобы придать «лаве» естественный цвет. Еще раз перемешать смесь и закрыть горлышко пробирки ватой. Из песка или земли сделать «вулкан» вокруг пробирки так, чтобы он доходил до ее горлышка. Для имитации извержения вынуть вату и влить в пробирку немного уксуса. Как в первом случае, смесь начнет пениться и извергаться, словно лава из вулкана.
3. Сделать конус из картона с отверстием наверху (либо насыпать горкой песок с землей, либо на ровную поверхность положить металлическую пластину), насыпать порошок оранжевого цвета - бихромат аммония и зажечь. Его горение ярче всего имитирует извержение - это настоящий вулкан в миниатюре: всполохи, искры, выбросы - и бурлящая оранжево-красная горка превращается в серо-зеленый пепел. Однако данное вещество нужно брать в небольшом количестве (несколько столовых ложек), так как выбросы пепла охватывают большое расстояние и лучше всего демонстрировать «извержение» на улице либо в большой рекреации. В зимнее время на снегу реакция не происходит. (Демонстрация данной модели не вызывает пожара!)
Типы облаков
Совместно с учащимися смоделировать из кусков ваты облака различных типов: слоистые, кучевые и перистые. На 1/2 листа ватмана сделать фон - рисунок неба и гор, указать расположение ярусов: низкий, средний и высокий. Вертикально, на небольшом расстоянии друг от друга, продеть нитки и прикрепить к ним облака.
При повторении материала можно предложить ученику расположить (передвигая нитки) в правильном порядке «облака» по ярусам на небосводе.
«Странствующие» материки
Эта тема предлагается для изучения в 4-м классе в разделе «Планета загадок» по программе А. Плешакова в курсе «Природоведение». Методика работы с учащимися такова:
Предварительно дать задание ученикам вырезать из картона контуры материков;
На уроке предложить внимательно рассмотреть очертания атлантических берегов Южной Америки, Африки, Северной Америки и Евразии;
Совместить контуры всех материков и сделать вывод, что они практически совпадают;
Рассказать о существовании единого материка Пангеи, о том, как он раскололся на два континента - Лавразию и Гондвану, а затем разделился на современные материки (данный процесс имитируется на доске с помощью больших контуров, ученики воспроизводят в своих тетрадях);
Объяснить движение материков за счет скольжения их оснований по глубинной пластичной оболочке Земли.
Таким образом, можно выяснить с учащимися, какую форму имеют материки и океаны (треугольную), и определить закономерность их расположения: широким основанием материки обращены к Северному полюсу, а острым – к Южному, а океаны наоборот - широким основанием обращены к Южному полю у, а острым - к Северному. Такое расположение материков и океанов называется антиподальным, т.е. несмотря на то, что на планете воды больше, чем суши, они распределены так, что если мысленно проткнуть земной шар через его центр, то в одной точке «прокола» будет материк, а в другой - вода. Это доказывает устойчивость нашей планеты, как космической системы.
Литература:
1. Мир вокруг нас.-М.: Издательство «Астрель»; Изд. АСТ, 2001
2. Уотт Ф. Планета Земля.- М.: Слово, 1999 (Энциклопедия окружающего мира.)
3. Поглазова О.Т., Шилин В.Д. Окружающий мир: Учебник для 3-4 классов. Часть3.- М.: ИНПРО-РЕС, 1999
Наука появилась ради необходимости отвечать на вопросы людей. И вроде бы большая часть сложных явлений изучена вдоль и поперёк, а осталась «самая малость» - постичь природу тёмной материи, разобраться с проблемой квантовой гравитации, решить задачу размерности пространства-времени, понять, что такое тёмная энергия (и ещё несколько сотен подобных вопросов). Однако до сих пор остаются и более простые, казалось бы, явления, но которые учёные не в силах объяснить до конца.
Что такое стекло?
Нобелевский лауреат Уоррен Андерсон однажды сказал: «Самая глубокая и интересная из неразрешённых проблем в теории твёрдого состояния кроется в природе стекла». И хотя стекло известно человечеству уже не первое тысячелетие, в чём причина его уникальных механических свойств, учёные до сих пор не понимают. Из школьных уроков мы помним, что стекло - это жидкость, но так ли это? Учёные точно не знают, какова природа перехода между жидкой или твёрдой и стекловидной фазами и какие физические процессы приводят к основным свойствам стекла.
Процесс формирования стекла не удаётся объяснить с помощью ни одного из нынешних инструментов физики твёрдого тела, многочастичной теории или теории жидкостей. Если описать вкратце, жидкое расплавленное стекло при охлаждении постепенно становится всё более вязким, пока не обретает жёсткость. В то время как при формировании кристаллических твёрдых тел, например, графита, атомы в один момент образуют привычные периодические структуры. Тарун Читра , исследователь молекулярной динамики, объясняет организацию молекул в разных веществах на примере танца:
Идеальное твёрдое тело - это как медленный танец, когда два партнёра вместе с другими парами движутся вокруг своей стартовой позиции на танцевальной площадке.
Идеальная жидкость - это как вечеринка знакомств, когда каждый старается потанцевать со всеми в комнате (это свойство называется эргодичность), при этом средний темп, с которым все танцуют, примерно одинаковый.
→ Короткометражка об искусстве выдувания стекла
Cтекло же по этой аналогии похоже на танец, когда группа людей разделяется на меньшие подгруппы и каждая кружится в своём хороводе. Вы можете меняться партнёрами из своего круга, и этот танец происходит вечно.
Стекло ведёт себя так, что его пока невозможно описать равновесной статистической механикой. В частности, субэкспоненциальные автокорреляции и кросскорреляционная функция стекла могут быть получены путём бесконечного числа случайных процессов. До какого-то момента система «работает» более-менее понятно и предсказуемо, но, если наблюдать за ней достаточно долго, вы начинаете видеть, как некоторые особенности лучше описываются теорией вероятности и случайных процессов.
Почему велосипед не падает на бок?
Конструкция велосипеда довольно проста, и, кажется, что давно понятно, как и почему двухколёсное средство сохраняет отличную устойчивость. Всегда считалось, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма. Первый - автоматическое подруливание, или эффект кастора : если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же, после чего центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колёс.
Американский инженер Энди Руина с коллегами взялся опровергнуть оба этих утверждения. Они сконструировали велосипед, похожий на самокат, у которого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» действие кастора. А кроме того, переднее и заднее колёса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону, и тем самым обнуляющими гироскопический эффект.
Тем не менее этот велосипед не так уж и быстро падает на бок. По сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда и даже демонстрирует то же самое автоматическое подруливание. По результатам эксперимента авторы сделали вывод, что оба эффекта - и кастора, и гироскопа - играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба не являются критически важными для него.
Отчего же не падает велосипед, до конца так и неизвестно. По последним предположениям инженеров, ключевую роль в этом играет особое распределение нагрузки.
Как работает плацебо?
О плацебо, или веществах, которые не имеют явных лечебных свойств, но положительно воздействуют на организм, известно давно. В основе эффекта плацебо лежит психоэмоциональное воздействие. Но исследователи не раз доказывали, что плацебо, не имеющее активных веществ, может стимулировать реальные физиологические реакции, в том числе изменение частоты сердечных сокращений и артериального давления, а также химической активности в головном мозге. Плацебо также помогает избавиться от болей, депрессии, тревоги, усталости и даже некоторых симптомов болезни Паркинсона.
То, как наша психика может воздействовать на здоровье, до сих пор до конца не ясно, и учёные не могут раскрыть механизмы, лежащие в основе физиологических реакций на плацебо. Очевидно, что в эффекте сплетено много различных аспектов, при этом лекарства-пустышки не оказывают влияния на источник или причину заболевания. Опытным путём установлено, что реакция организма различается в зависимости от способа доставки плацебо (при приёме таблеток или инъекциях). Также плацебо дают только ожидаемый, то есть известный заранее, терапевтический эффект. И чем выше ожидания - тем сильнее эффект плацебо. Кроме того, известно, что его можно усилить при активном вербальном воздействии на пациента. Действию плацебо подвержены далеко не все. Чаще плацебо действует на экстравертов, людей с повышенным уровнем тревожности, мнительности, неуверенности в себе.
В октябре 2013 года было опубликовано исследование, демонстрирующее, что плацебо-эффект связан с повышением альфа-активности головного мозга. Альфа-волны возникают в расслабленном состоянии, которое похоже на лёгкий транс или медитацию, - то есть в наиболее внушаемом состоянии. Эффект плацебо оказывает значительное воздействие на нервную систему человека в области спинного мозга. Но пока подробно описать механизм его воздействия так никто и не смог.
Что значил wow-сигнал из далёкого космоса?
15 августа 1977 года произошло одно из самых загадочных событий в истории изучения космоса. Доктор Джерри Эйман во время работы на радиотелескопе «Большое ухо» в рамках проекта SETI зафиксировал сильный узкополосный космический радиосигнал. Его характеристики (полоса передачи, соотношение сигнала и шума) соответствовали ожидаемым от сигнала внеземного происхождения. Поражённый этим, Эйман обвёл соответствующие ему символы на распечатке и подписал на полях «Wow!». Эта подпись и дала название сигналу.
Сигнал исходил из области неба в созвездии Стрельца, примерно в 2.5 градусах к югу от звёздной группы Хи. Однако после долгих лет ожиданий повторения чего-то подобного ничего не произошло.
→ Тот самый звук wow-сигнала
Учёные утверждают, что если сигнал и имел внеземное происхождение,
то существа, которые его отправили, должны принадлежать к очень и очень продвинутой цивилизации. Чтобы послать такой мощный сигнал, требуется как минимум 2,2-гигаваттный передатчик, который намного мощнее любого из земных (например, система HAARP на Аляске, одна из самых мощных в мире, предположительно способна передать сигнал до 3600 кВт).
В качестве одной из гипотез, объясняющих мощность сигнала, предполагается, что изначально слабый сигнал был значительно усилен благодаря действию гравитационной линзы ; однако это по-прежнему не исключает возможности его искусственного происхождения. Другие исследователи предполагают возможность вращения источника излучения наподобие маяка, периодическое изменение частоты сигнала или его однократность. Существует также версия, что сигнал был отправлен с перемещающегося инопланетного звездолёта.
В 2012 году к 35-летию сигнала обсерватория Аресибо направила ответ из 10 000 закодированных твитов в направлении предполагаемого источника. Однако получил ли их кто-нибудь, неизвестно. До сих пор wow-сигнал остаётся одной из главных загадок для астрофизиков.
Как неживая материя становится живой?
В научном мире сегодня преобладает концепция биологической эволюции, согласно которой первая жизнь зародилась сама по себе из неорганических компонентов в результате физических и химических процессов. То, как из неживой материи происходит живая, описывает теория абиогенеза. Однако в ней существует масса проблем.
Известно, что основными компонентами живого вещества являются аминокислоты. Но вероятность случайного возникновения определённой аминокислотно-нуклеотидной последовательности соответствует вероятности того, что несколько тысяч букв из наборного типографского шрифта будут сброшены с крыши небоскрёба и сложатся в определённую страницу романа Достоевского. Абиогенез в его классическом виде предполагает, что такое «сбрасывание шрифта» происходило тысячи раз - то есть столько, сколько понадобилось, пока тот не сложился в требуемую последовательность. Однако по современным подсчётам на это ушло бы на много больше времени, чем существует вся Вселенная.
При этом в лабораторных условиях все попытки создания искусственной живой клетки ни разу не увенчались успехом. Полный набор аминокислот и нуклеотидов и простейшую бактериальную клетку по-прежнему разделяет пропасть. Возможно, первые живые клетки очень сильно отличались от тех, что мы можем наблюдать сейчас. Также большое количество учёных поддерживают гипотезу о том, что первые живые клетки могли попасть на нашу планету благодаря метеоритам, кометам и другим внеземным объектам.
Почему люди делятся на левшей и правшей?
За последние 100 лет учёные довольно хорошо изучили проблему, почему люди преимущественно используют одну руку и почему чаще это именно правая рука. Однако стандартного эмпирического тестирования правшей или левшей нет, так как учёные до конца не могут понять, какие механизмы участвуют в этом процессе.
Учёные расходятся во мнении, какой процент человечества является правшами, а какой левшами. В целом считается, что большинство (от 70 % до 95 %) - правши, меньшинство (от 5 % до 30 %) - левши, также существует неопределённое число людей с наблюдающейся полной симметрией . Доказано, что на леворукость и праворукость влияют гены, но точный «ген левши» пока не выявлен. Существует доказательство того, что на склонность к использованию правой или левой руки могут влиять социальные и культурные механизмы. Самый характерный пример этого, как учителя переучивали детей, заставляя при писании переключаться с левой руки на правую. При этом на данный момент более тоталитарные общества имеют меньше леворуких, чем более либеральные общества.
→ Портрет Поля Брока
Некоторые исследователи говорят о «патологической» леворукости, связанной с мозговыми травмами во время родов. В 1860-х годах французский хирург Поль Брока отметил взаимосвязь между активностью рук и полушариями мозга. Согласно его теории, половинки мозга соединены с половинками тела крест-накрест. Но на данный момент известно, что эти связи не являются такими простыми, как их описывал Брок. Исследования, проведённые в 1970-х годах, показали, что большинство левшей имеют одинаковую левополушарную активность, типичную для всех людей. При этом только часть левшей имеют различные отклонения от нормы.
Изучая проблемы леворукости и праворукости приматов, учёные установили, что большинство животных в отдельной популяции является либо левшами, либо правшами. При этом отдельные обезьяны часто развивают свои индивидуальные предпочтения.
В итоге у нас пока имеются только общие представление о причинах праворукости, и исследователям пока только предстоит детально разобраться во всех механизмах их формирования.
Почему мы спим?
Мы спим 36 % своей жизни, но учёные до конца не могут объяснить его природу. Людям свойственен сон, поскольку это заложено в наших генах, но почему такое состояние появилось в процессе эволюции - загадка. Кроме теплокровных животных (млекопитающих и птиц) , ни у кого из живых существ этих форм сна нет, и в чём заключаются преимущества сна - до сих пор непонятно.
Учёные уже выяснили, что во время сна быстрее растут мышцы, лучше заживляются раны, а также ускоряется синтез протеинов. Другими словами, сон помогает организму восполнить то, что он потерял во время бодрствования. Недавние исследования доказали, что во время сна наш мозг очищается от токсинов, и если человек мешает этому процессу (иными словами - не спит), у него могут начаться психические отклонения. Кроме того, во время отдыха в мозге ослабляются или разъединяются связи между клетками, таким образом у нас «освобождается место» для поступления новой информации. В мозге генерируются новые синапсы, поэтому недосыпание грозит снижением способности приобретать, обрабатывать и вспоминать информацию.
Во время сна мозг часто «проигрывает» некоторые эпизоды, которые случились с нами в течение дня, и, по мнению исследователей, этот процесс помогает укрепить нашу память. Хотя содержание сновидений определяется реальными впечатлениями, наше сознание во сне отличается от нашего сознания в период бодрствования. Во сне наше мироощущение оказывается гораздо более образным и эмоциональным. Мы видим различные картины, переживаем по их поводу, а осмыслить должным образом не можем. Учёные полагают, что синхронизирующие механизмы, господствующие в сонном мозге, в большей мере связаны с первой сигнальной системой и эмоциональной сферой. Но что же представляют собой сновидения, ответить однозначно пока нельзя.
Почему кошки мурлычут?
Никто не знает наверняка, почему кошки мурлычут. Мурлыкание отличается от многих других звуков, издаваемых животными, тем, что вокализация происходит на протяжении всего дыхательного цикла (и на вдохе, и на выдохе). Когда-то считалось, что звук производился благодаря потоку крови, проходящему через нижнюю полую вену, но теперь большинство учёных согласны, что в процессе извлечения звука участвуют гортань, мышцы гортани и нейронный осциллятор.
Котята учатся мурлыкать, как только им исполняется пара дней. Ветеринары предполагают, что их мурлыканье означает что-то наподобие человеческих слов «мама», «я в порядке» или «я здесь». Эти звуки способствуют укреплению связей между котёнком и его матерью.
→ Кошачье мурлыкание
Но когда котёнок вырастает, он также продолжает мурлыкать, и многие исследователи убеждены, что во взрослом возрасте этот звук связан с удовольствием и радостью. Иногда же кошки мурлычут при получении травмы или при болезни. Доктор Элизабет фон Муггенталер предполагает, что мурлыканье и низкочастотные колебания, которые оно производит, являются «естественным механизмом самолечения» и укрепляют, заживляют раны и облегчают боль.
Голосовая особенность домашних кошек не уникальна. Другие виды семейства кошачьих, такие как рыси, гепарды и пумы, также мурлычут. Хотя некоторые большие кошки (львы, леопарды, ягуары, тигры, снежные барсы и дымчатые леопарды) не умеют этого делать.
Природа постоянно меняется, все в ней движется - от птицы к горе или материка. Ничто не останавливается ни на минуту - ни живое вещество, ни КОСНА. Это движение, эти изменения характеризуются естественными процессами, которые по своей сути могут быть физическими, химическими, биологическими или комплексными. Для осуществления всякого процесса нужна энергия, естественным первоисточником которой является Солнце и сама Земля. Благодаря энергии вещество перемещается, превращается, разрушается, создается в непрерывном процессе природных круговоротов. Размеры преобразований зависят от свойств вещества и энергетического потенциала, в случае перемещения характеризуется зависимостью (5).
Анализ зависимости (5) с использованием данных табл. 2.2 обнаруживает, что наиболее подвижной из приведенных природных веществ вследствие малой плотности является атмосферный воздух. Для перемещения одного кубометра воды с определенной скоростью необходимо потратить почти в тысячу раз больше энергии, чем для такого же перемещения воздуха.
Солнечная энергия является причиной перемещения воздушных масс в атмосфере, наглядно показывается с помощью уравнения состояния воздуха
где ΔT- изменение температуры в результате подогрева (К); Q - поглощенная энергия (ккал кДж); М масса вещества (кг); с - удельная теплоемкость, которая для воздуха приземного слоя равна 0,24 ккал / (кг * град) (1,0 кДж / (кг * град)).
От того, насколько прогреется воздух, зависит его температура и, как правило, плотность. Легкий воздух поднимается вверх, тяжелее (т.е. холоднее) - вниз. Особенности нагрева зависят от времени суток, особенностей рельефа местности и многих других факторов. В планетарном масштабе это явление проявляется в том, что больше всего прогреваются тропические районы, и там наблюдается постоянный мощный поток нагретого воздуха вверх на несколько километров. На высоте 10-17 километров воздуха растекается от экватора к югу и к северу. На смену теплому воздуху на экватор движутся земной поверхностью встречные потоки более холодного воздуха. Вращение планеты отклоняет потоки - верхние становятся западными, а нижние - восточными, которые называются пассатами.
В глобальном циркуляционном кругу воздуха меняется не только его температура. Поднявшись над тропиками на высоту более 10 километров, воздух сильно охлаждается и теряет почти всю влагу. Сухой воздух снижается, нагревается у земной поверхности и движется дальше как суховей. Именно на этих широтах (25-30 градусов) размещаются пустыни Сахара и Калахари в Африке, Аравийская и Тар в Азии, пустыня в Австралии.
Важным элементом тропосферы есть облака - накопление очень маленьких капелек воды, которые покрывают почти половину поверхности планеты. Облака собираются поверхностными ветрами, которые, в свою очередь, вызываются снижением давления на отдельной территории земной поверхности. Область пониженного давления называется циклоном. Антициклоном называется область повышенного атмосферного давления у поверхности Земли. В антициклоне сухой воздух опускается с верхних слоев тропосферы. Поэтому здесь ясное, безоблачное небо. Циклоны и антициклоны имеют размеры до трех тысяч километров и средний срок жизни около недели. Поэтому говорят, что "память" атмосферы не превышает недели.
В результате грозы иногда возникает такое опасное природное явление, как вихрь, или торнадо, когда на небольшой территории образуются два слоя воздуха различной температуры, влажности и плотности. Развиваются вертикально-круговые течения воздуха с скоростью 50-100 метров в секунду. В вихрь увлекаются соседние массы воздуха, и он начинает двигаться над поверхностью земли. Энергия торнадо бывает огромной: в 1945 году во французском городе Монвиль было полностью разрушено фабрику, в результате чего погибли сотни рабочих. В 1984 году торнадо со скоростью почти 100 м / с пронесся по Ивановской области России и уничтожил тысячи гектаров леса, разрушил здания, потерял посевы. Над территорией США в год проносится около 700 торнадо, что вызывает большой вред природе и людям.
Рассмотрены физические процессы в атмосфере происходят одновременно с химическими превращениями. На высоте 30-50 километров под влиянием ультрафиолетовой части солнечного излучения молекулы воды Н 2 О распадаются на водород и кислород. Легкий водород в количестве одного килограмма в секунду поднимается вверх в термосферу, а кислород остается (8 кг / с). Действие грозовых разрядов и солнечного ультрафиолета приводит к распаду некоторых молекул кислорода на атомы, которые, вступая в реакции с молекулами кислорода, образуют озон О 3. На высоте 30 километров наблюдается самая высокая концентрация озона - одна молекула В 3 приходится на сто тысяч молекул В 2. Если изъять весь озон, то при нормальном давлении (т.е. на уровне моря) он разместится в слое толщиной около трех сантиметров.
Нормальный естественное состояние озонового слоя характеризуется значениями 300-320 А.Д. (единиц Добсона).
Вода движется под влиянием различных причин. Ветер, то есть движение атмосферного воздуха, вызывает поверхностные нагонных-отгонно течения на всех водных объектах. Эти течения, в свою очередь, становятся временной причиной вертикальных перемещений масс воды, так называемого апвеллинга. На место поверхностной прогретой и насыщенной газами (в частности кислородом) воды из глубин поднимается холодная вода.
Речная вода движется под воздействием земной гравитационной силы. Скорость течения зависит от стока реки W (м / с) и плоскости сечения потока F (м 2):
Массы морской воды перемещаются в виде приливов и отливов от действия сил притяжения Луны (в большей степени) и Солнца (в меньшей степени).
Вопреки силам земного притяжения вода движется снизу вверх в почве и в растениях благодаря капиллярному эффекту смачивания и силе вакуума выпаривания.
Солнце является причиной гигантских океанских течений - теплых поверхностных Гольфстрим и Курасиво и холодных глубинных в противоположном направлении противотечений. Известный климатолог Д. И. Воейков назвал теплые течения трубами водяного отопления земного шара ". Гольфстрим каждую секунду переносит 83 миллионов кубических метров нагретой на экваторе воды в северном направлении, прогревая воды на протяжении тысяч километров - его мощное влияние ощущается до Баренцева моря, где у берегов заполярного Мурманска вода не замерзает суровой зимой.
Еще более мощная - 140 * 10 м / с - циркумполярное течение вокруг Антарктиды изолирует "ледовый" материк и обусловливает более суровый климат, чем в Арктике.
Благодаря багатостановости, подвижности и теплоемкости воды гидросфера играет главную роль в создании климата Земли. Мировой океан является планетарным аккумулятором - стабилизатором тепла, нетрудно показать с помощью зависимости (6).
Учитывая, что масса воды Ма больше массы атмосферного воздуха М "в 258 раз, определим, насколько будет отличаться количество аккумулированного тепла водой и воздухом:
Полученный результат ярко подтверждает приоритетное значение гидросферы в формировании тепловых процессов на планете. Ночью и зимой вода подогревает поверхность Земли и атмосферу, а в жару поглощает часть их тепла. Она переносит тепло с экватора к приполюсном регионов, чем уменьшает среднюю температуру в тропиках и повышает в холодных краях. Этот процесс неравномерен. Существуют районы особенно активного взаимодействия между океаном и атмосферой - так называемые энергоактивные Зоны. Хорошо известная нью-фаундлендська энергоактивные зона в виде гидравлического вихря диаметром около 200 километров в Гольфстриме. Здесь с каждого квадратного метра водной поверхности поступает в атмосферу 175 ватт энергии в год.
Передача теплоты сопровождается процессом испарения воды с образованием в атмосфере дождевых облаков. В этих облаках накапливаются другие газы - серные и азотистые от извержения вулканов и других литосферных процессов, окислы азота, которые образуются при грозе от ионизации молекул азота. Растворенные в влаге облаков газы образуют кислоты, которые оказывают дождям естественную кислотность.
Солнечная энергия, прежде чем попасть на земную поверхность, проходит "просеивания". Четыре процента солнечного излучения, а именно - ультрафиолетовый, губительное для всего живого, спектр (λ = 220 ... 290 нанометров (нм = 10 -9), поглощается озоном, слой которого находится на высоте 20 ... 60 километров. Озон при этом частично разрушается. Его постоянное обновление происходит вследствие естественных процессов.
Инфракрасный спектр (λ> 1000 нм) частично поглощается водяным паром в верхних слоях тропосферы - это еще четыре процента солнечной энергии.
Поглощенная солнечная энергия повышает температуру атмосферного воздуха в соответствии с зависимостью (6) на величину ΔT.
92 процента солнечной энергии (290 <λ <2 000 нм) проходит в нижние слои тропосферы. Половина не поглощается, а рассеивается воздухом, предоставляя небу голубой цвет. Вторая половина попадает на земную поверхность и частично поглощается литосферы, гидросферы, растениями. А так называемое альбедо, равное 28 процентам от излучения Солнца на Землю, отражается и возвращается в атмосферу.
Световая энергия Солнца на земной поверхности переходит в тепловую - инфракрасную, возвращению которой в космос мешают (потому поглощают) водяной пар и углекислый газ. Этот механизм повышения температуры на земной поверхности и в нижней атмосфере получил название парникового эффекта (природного). Он характеризуется значением ΔT = 31-32 ° С. Без естественного парникового эффекта средняя температура воздуха на планете была бы отрицательной (-16 ÷ 17 ° С).
Широко распространенным природным процессом является радиоактивное излучение - превращение неустойчивых изотопов химического элемента в другие изотопы, сопровождающиеся излучением элементарных частиц или ядер, а также жестким электромагнитным гамма-излучением. Известно около 50 природных радиоактивных изотопов, среди которых только изотопы урана и тория имеют период полураспада, который измеряется геологическим время. Все другие природные изотопы называют вторичными, поскольку их запас постоянно пополняется за счет распада долговременных. Естественный радиационный фон создается излучением радиоактивных веществ на поверхности земли, в приземной атмосфере, в воде, в растениях и животных. Главным источником поступления в окружающую среду естественных радиоактивных веществ являются горные породы.
Одним из величайших чудес природы является процесс образования органического вещества - процесс фотосинтеза, когда зеленая Суходольная или водное растение создает свою биомассу за счет световой энергии Солнца (к = 380-710 нм), волы и углекислого газа согласно зависимости (7)
В течение года "средняя" растение (в расчете на один килограмм сухого вещества) поглощает 5,4 мегаджоулей солнечной энергии, потребляет в процессе фотосинтеза 0,5 килограмма углекислого газа и 150 граммов воды, выделяет 350 храмов кислорода и образует 300 граммов органического вещества. Для "дыхания" растения, которое происходит ночью параллельно с дневным фотосинтезом, используется 230 граммов кислорода, 200 граммов органического вещества, которое окисляется с образованием 330 граммов углекислого газа и 100 граммов воды и с освобождением 3,6 мегаджоуля энергии, используемой для физиологических потребностей растения. Таким образом, биологический «урожай» составляет 100 Ирам органического вещества, равна десяти процентам увеличения начальной биомассы и 120 граммов кислорода.
Активность фотосинтеза в течение дня меняется: при розово-сумеречном свете (утром, вечером, при небольшой облачности) она максимальна. Когда Солнце в зените - процессы замедляются и даже могут прекращаться.
Эффективность использования тепловых лучей в процессе фотосинтеза невысока. Теоретически - это 15 процентов, практически - 1 (зерновые культуры), 2 (сахарный тростник - одна из наиболее продуктивных растений) процента.
Для живой природы одним из главных процессов является процесс питания, с особенностями которого организм классифицируется следующим образом.
Автогроф - организм (зеленое растение), который образует вещество своего тела из неорганических составляющих и обеспечивает обмен веществ, используя энергию Солнца (гелиотроф или фототрофы) или энергию, которая высвобождается при химических реакциях (хемотрофы) окисления аммиака, сероводорода и других веществ, имеющихся в воде, фунте и почве. Автотрофы еще называют продуцентами, потому что они синтезируют (производят) органическое вещество за счет неорганических соединений.
Гетеротрофам - организм, который питается готовыми органическими веществами и не способен синтезировать органическое вещество из неорганического. Эти организмы еще называют консументами (в отличие вол продуцентов). Консументы могут быть первичными (1-го порядка), если употребляют растительную пищу, вторичными (2-го порядка) - которые принимают животных, и микроконсументамы или редуцентами (главным образом бактерии и грибы), - это те, что разрушают мертвые тела, питаются частью продуктов распада и высвобождают неорганические биогенные вещества, которые используют растения.
Мезотроф - организм, который, в зависимости от условий питается как автотрофы или как гетеротрофы.
В свою очередь, каждая из этих групп можно делить на более мелкие, каждая из которых имеет свои особенности в процессе питания. Например, существуют гетеротрофные бактерии, которые потребляют метан, который для большинства живых организмов является ядом.
После отмирания живого вещества происходят процессы ее разложения двух типов - окисление и брожения. Окисление происходит при наличии кислорода и описывается зависимостью (7) в обратном направлении (справа налево) с выделением теплоты, СО 2 и Н 2 О. В случае, когда кислород отсутствует, происходит процесс брожения с выделением углекислого газа и водорода Нет (водородное брожение), или метана СН 4 (метановое брожение), или спирта С 2 Н 5 ОН (спиртовое брожение).
Контрольные вопросы и задания
1. Выполнить необходимые расчеты и графически построить эпюру скорости движения воздуха в атмосферном фронте постоянной энергии высотой до 10 километров, если скорость над земной поверхностью равна 10м / с.
2. Насколько изменится температура воздуха в комнате размерами 6 * 5 * 3 метра за счет охлаждения 200 литров воды на 50 градусов?
3. В чем причина суховеев?
4. Запишите реакции образования кислорода, водорода и озона в атмосфере.
5. Дайте характеристику озоновому слою
6. Перечислите причины движения водных масс.
7. Определить ширину реки, сток которой составляет 50 м 3 / с при скорости 1 м / с, если средняя глубина реки 2 метра.
8. Почему вода поднимается по стволу дерева вверх?
9. Какие свойства воды определяют ее первостепенную роль в обеспечении климата планеты?
10. В чем причины природного парникового эффекта?
11. Назовите три положительные последствия фотосинтеза.
12. Какие процессы происходят после естественного отмирания живого вещества?
13. В чем принципиальная разница между процессами окисления и брожения.
14. Возможно ли использование уравнения (7) для иллюстрации процессов в организмах животных?
На фрилансе, контракты являются обязательными и юридическими рычагами воздействия, которые защищают интересы и права, как дизайнера, так и клиента, в принципе, как и в любом бизнесе. Это обязывает обе стороны настроиться на условия контракта, не позволяя, тем самым, никому остаться обманутым.
Кроме того, это существенные преимущества для дизайнеров потому, что:
- У дизайнера будет определенная безопасность, что касается оплаты его работы.
- Дизайнер может расторгнуть сделку, если он почувствует, что условия договора были нарушены.
- Дизайнера будет иметь представление о том, как реагировать на клиентов, которые не платят.
Вещи, которые следует учитывать перед подписанием контрактов, это не шутка, и необходимо воспринимать их всерьез.
После того, как вы подпишете контракт, вам нужно закончить проект и хорошо общаться с клиентом, как и он с вами. Это сохранит вашу репутацию и, конечно, останется на законном уровне.
Понимая важность контрактов, вы должны всегда объяснять некоторые вещи своим клиентам перед подписанием обязательного и юридического контракта. Вам нужно, чтобы они понимали ваши условия, тогда обе стороны смогут отлично сотрудничать вместе.
Вот несколько вещей, которые вам необходимо объяснить заказчику:
График платежей
Как фрилансеру, вы должны обезопасить себя и убедиться, что ваша работа будет оплачена. В конце концов, никто не работает бесплатно, не так ли? Вот почему, как можно раньше и, главное, до подписания контракта, вы должны обсуждать с вашими клиентами вопросы, касающиеся графика платежей.
Итак, вы должны обсудить следующее:
- Когда вам заплатят?
- Какую сумму составит предоплату?
- Как будет оплачена работа (банковский перевод, электронные кошельки, зачисление на карту и т.д.)?
- Какие шаги должны быть предприняты в случае просрочки или запоздавшей оплаты?
Сдача конечного результата
Конечно, этот пункт должен быть включен как одна из тех вещей, которые вам необходимо объяснить вашему клиенту. Как фрилансеру, вам также необходимо дать вашему клиенту ощущение безопасности. Вы должны дать ему уверенность в том, что конечный результат будет сдан в те сроки, о которых вы с ним договорились.
Опять же, когда дело доходит до установления крайнего срока сдачи проекта, большинство фрилансеров предпочитают делить проект на части или основные этапы, и у каждого этапа имеется свой крайний срок. Например, вы должны представить веб-дизайн для сайта ресторана. Будучи фрилансером, вы можете разделить весь проект на четыре этапа. Скажем, в первую очередь вы предоставите клиенту макет PSD, затем основную HTML-страницу и так далее.
Почему эти этапы важны?
- Потому что клиент сможет увидеть ход выполнения проекта.
- Как дизайнер, вы будете более организованы, что касается временных рамок.
- Вы можете заключить соглашение о графике платежей на основе сдачи этих этапов.
Теперь, если вы спросите меня, кто должен устанавливать сроки?
Ответ здесь прост: это не исключительное право клиента устанавливать крайний срок сдачи проекта. Как дизайнер, вы должны объяснить свои опасения клиенту. Опять-таки, вы должны перестраховаться. Дайте немного экстра времени вашему прогнозируемому дедлайну, так чтобы вы смогли скорректировать работу, если вдруг возникнут проблемы. Конечно, установление крайних сроков никогда не бывает легким.
Вот несколько советов:
- Оцените проект и установите реалистичные сроки
- Объясните клиенту, почему вы не можете согласиться на его сроки и предложите беспроигрышный вариант
- Перестрахуйтесь
- Включите мельчайшие детали в план рабочего процесса
Вот несколько статей, которые могут вам помочь:
Регулярные переговоры и обновления
Переговоры и обновления важны для сохранения здоровых отношений между клиентом и фрилансером. Вы вместе должны решить, по каким дням и в какое время будете проводить переговоры по поводу проекта.
Как фрилансер, вы должны объяснить это клиенту, потому что многие из них могут вести себя, как сумасшедшие, когда речь касается каких-то обновлений в проекте и модернизации. Пожалуй, каждый из нас сталкивался с таким типом клиентов. Они все время ворчат и просят чуть ли не каждую минуту от вас информацию о ходе работы, отправляя при этом многочисленные изменения, которые добавляют еще больше давления к тому, что мы уже испытываем.
Чтобы исправить это, вы должны расслабиться и объяснить клиенту, что вы не можете отвечать каждый раз, когда ему вздумается: для этого необходимо конкретное время и продолжительность переговоров, чтобы вы оба не влияли на производительность друг друга.
- Будьте прямолинейным и говорите по существу
- Обновите всю информацию о ходе работы и выполненных задачах, прежде чем укажите на проблемы
- Старайтесь не ныть, когда вы говорите об имеющихся проблемах
- Выслушайте клиента
- Убедитесь, что вы отметили все, о чем вы говорили
Для лучших переговоров, вам помогут советы из статьи .
Технические характеристики проекта
Перед подписанием контракта вам необходимо тщательно обсудить проект с клиентом. Ясное дело, все ваши усилия будут потрачены впустую, если вы и клиент не сможете найти точку соприкосновения в своих идеях. Черт, это может закончиться даже хуже! Вот почему важно говорить об особенностях проекта.
- Чего хочет клиент?
- Что хотите вы?
- Нужен ли клиенту, чтобы сайт был отзывчивым?
- Есть ли необходимость добавить некоторые плагины jQuery?
Задайте эти вопросы и определите, как вы будете работать вместе. Более того, вы должны быть честны в общении со своим клиентом. Вам нужно открыто сказать ему, что вы можете делать, а что, к сожалению, вам не под силу. Объяснить, насколько сложно вам закончить то, что хочет клиент. Только так вы сможете сохранить хорошие отношения, и добиться взаимопонимания.
Изменения в дизайне
Давайте представим такой сценарий. Вы сдаете проект заказчику в оговоренный срок. Через несколько дней, клиент связывается с вами и просит об изменениях. Теперь, спросите сами себя, нужно ли обвинять в этом клиента?
Данный вопрос необходимо решить до подписания договора. Вы должны объяснить своему клиенту, что согласны на лимитированные количество изменений для всего проекта. Как правило, профессиональные дизайнеры советуют не больше трех правок. Стоит понимать, что это важный аспект фриланса, потому как вы должны сохранить свою репутацию, даже несмотря на желание отнестись к своему клиенту с пониманием и состраданием. Помните, что в первую очередь вы должны защитить себя и свои интересы.
Загрузка...