МКОУ Октябрьская средняя общеобразовательная школа
Познавательная игра по физике на тему : «Путешествие физика к Северному Полюсу»
в 7-8 классах.
Время проведения: январь 2015
Составитель: В.В. Акулова
Учитель физики 1 кв. категория
п. Октябрьский
2014г
ЦЕЛЬ: интеграция предметов естественнонаучного цикла; ознакомление с физическими явлениями, присущими Арктике
ЗАДАЧИ:
развитие интереса к получаемым знаниям по физике;
развитие любознательности, целеустремленности;
формирование эмоционального компонента мировоззрения;
применение знаний в нестандартной ситуации.
АУДИТОРИЯ: обучающиеся основной школы.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Мероприятие проводилось в рамках декады предметов естественно-математического цикла, но вполне жизнеспособно как отдельное мероприятие. Тема мероприятия « Северный Ледовитый океан». В ходе рассказа и презентации учащиеся знакомятся с явлениями, которые присутствуют на Крайнем Севере. Они из разных разделов физики, но объединены географически. Учтено присутствие эстетического элемента воспитания . Кроме познавательного характера мероприятие носит соревновательный характер. По ходу рассказа присутствуют вопросы и задачи физического содержания.
В разработке представлен полный текст мероприятия и презентация к нему.
В 1934 году был построен одномоторный самолет АНТ-25 для дальних перелетов конструкции Андрея Туполева . В машине были такие технические новшества, как убирающееся в полете шасси с масляным амортизатором и электроподъемом. Реализовать идею беспосадочного перелета предложили Валерию Чкалову. Утром 18 июня 1937 года АНТ-25 поднялся в воздух с подмосковного аэродрома Щелково и взял курс на Северный полюс. Особое внимание было уделено вопросу загрузки самолета. По настоянию Чкалова общий вес продуктов питания снизили с 350 кг до 115. Лишь десятая часть продовольствия предназначалась для трехсуточного полета, остальное бралось на случай вынужденной посадки в необитаемом месте. Из тех же соображений был снижен и запас кислорода. Более 15 часов АНТ-25 летел в экстремальных условиях: на крыльях, стабилизаторе, антеннах образовалась ледяная корка. Был момент, когда закончилась вода в системе охлаждения мотора, а в резервном бачке вода замерзла. В любую минуту двигатель могло заклинить. Из-за сильных встречных ветров топлива было израсходовано больше, чем рассчитывали. Основная задача перелета, пройти всю Арктику через полюс и сесть в США или Канаде, была выполнена. Чкалов принял решение приземлиться в Портленде. В середине дня 20 июня АНТ-25 начал снижение. Через 63 часа 16 минут после взлета, преодолев 8504 км, экипаж посадил самолет на военном аэродроме Баракс в пригороде Портленда Ванкувере. Топлива в баках практически не осталось. Печать и радио США в течение многих дней говорили в восторженных тонах об уникальном перелете. Летчиков в Овальном кабинете Белого дома принял президент страны Франклин Рузвельт.
Сегодня мы повторим маршрут Валерия Чкалова, но уже на парусном корабле и познакомимся с притягивающим и неизвестным миром Северного Ледовитого океана. Увидим те физические явления, которые присущи только Арктике. Итак, вот наше судно, на котором мы отправимся в путешествие. Назовем его « Дискавери», что в переводе означает - открытие. Ведь как известно, всем бывалым морякам «…как вы судно назовете, так оно и поплывет». Итак, в путь!
В августе 1957 года из Ленинграда (Санкт – Петербург) вышла небольшая парусно-моторная шхуна «Заря», для исследования магнитного поля земли. «Заря» - это деревянная трёхмачтовая шхуна 50 метров в длину и 10 м в ширину. Почти все ее детали сделаны из бронзы, меди и других немагнитных материалов. Чтобы скорость судна меньше зависела от попутных ветров, на ней был установлен двигатель в 300 л. с. Почему шхуна «Заря», снаряженная для исследования магнитного поля Земли, построена не из стали или чугуна, а из дерева, бронзы, латуни и других немагнитных материалов?
Вахтенный! Как там погода? Со стороны океана поднимается черная туча, похожая на гору! Значит будет шторм! Команда! Подготовить корабль к экстренной ситуации!!!
Запись в вахтенном журнале:
На месте Луны осталось только мутное опаловое пятно, иногда его совсем закрывал сизый клочок облака. И в степной дали, теперь уже черной и страшной, как бы притаившейся, скрывшей в себе что-то, вспыхивали маленькие голубые огоньки. То там, то тут они появлялись и гасли, точно несколько людей, рассыпавшихся по степи далеко друг от друга, искали в ней что-то, зажигая спички, которые ветер тотчас же гасил. Это были очень странные голубые языки огня, намекавшие на что-то сказочное.
Что это такое непонятное? Нужно обратиться к энциклопедии!!!
Тогда это явление называли огнями Кастора и Поллукса — по имени мифологических героев-близнецов. А позднее переименовали в огни Эльма — по названию церкви святого Эльма в Италии, где их впервые увидели.
Особенно часто такие огни наблюдали на мачтах кораблей. Тому несколько примеров...
Поклявшись проплыть вокруг земного шара, Фердинанд Магеллан в сентябре 1519 года отплыл из Испании. Первые несколько недель его суда бороздили давно освоенные воды, вплоть до острова Зеленого мыса, колониального аванпоста в 300 милях от атлантического побережья Африки. Но эти острова были лишь трамплином для прыжка в неизвестность, и 5 октября суда двинулись на юг, в неведомые воды. Команду беспокоило, что ее ждет впереди. Беспокойство сменилось страхом, когда грянула страшная буря, и в команде стал назревать бунт, хотя Магеллан и повернул назад. И вдруг по верхушкам мачт высыпали шарики, испускавшие трепещущий голубоватый свет: на морском жаргоне, огни Святого Эльма, а они считались знамением, ниспосланным святым, покровительствующим морякам.
А вот свидетельство капитана одного английского парусника.
Случилось это в 1695 году, в Средиземном море, у Балеарских островов, во время грозы. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут моряки увидели в разных местах корабля больше тридцати огней Эльма. На флюгере большой мачты огонь достиг более полуметра в высоту. Капитан послал матроса с приказом снять его. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему приказали снять его вместе с флюгером и принести вниз. Но как только матрос снял флюгер, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Еще более впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нок-реи, ноки грузовых стрел — все светилось. Казалось, что на шканцах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нок-рей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом:
«Словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава...»
Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.
Несмотря на всю кажущуюся необычность этого явления, оно довольно давно нашло естественное объяснение: такие огни — тихие электрические разряды в атмосфере.
Наблюдают их чаще всего во время гроз, снежных бурь, шквалов, когда в облаках и на поверхности земли накапливается большое количество электричества. Наша планета окружена электрическим полем, подобным тому, какое образуется вокруг любого заряженного электричеством тела. В большинстве случаев воздух заряжен положительно, а земля отрицательно. Возникновение электрического поля в нижних слоях атмосферы происходит главным образом за счет ионизации воздуха. Обычные молнии сопровождаются оглушительным треском — громом, ведь молния — это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов, различное по продолжительности.
В принципе это тот же разряд, но только «тихий», который специалисты называют коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне. При таком разряде из различных острых выступов — шпилей, башен, высоких шестов, деревьев, корабельных мачт и т. д. — начинают выскакивать одна за другой маленькие электрические искры. Если искр много и процесс длится более или менее продолжительно, то мы и видим бледно-голубоватое сияние, похожее на язычки пламени.
Во все времена считалось, что появление огней святого Эльма является добрым предзнаменованием.
Однако, уверенность в этом не только необоснованна, но и опасна, так как при атмосферных условиях, порождающих эти огни, растет и вероятность того, что молния поразит как раз те места, которые облюбовали огни Святого Эльма.
Действительно, не без участия огней Святого Эльма произошла катастрофа, радикально изменившая воздухоплавание. 6 мая 1937 года во время посадки прибывшего из Германии роскошного пассажирского дирижабля «Гинденбург» в Лейкерсте, штат Нью-Джерси, там появилась огромная туча. Капитан отложил посадку огромного наполненного водородом судна на время, пока не пройдет гроза. Когда гроза сменилась моросящим дождем, корабль пошел на снижение и члены экипажа выбросили на землю тяжелые посадочные тросы. К ужасу команды, вскоре вокруг хвоста «Гинденбурга» появились яркие язычки пламени и быстро объяли всю поверхность дирижабля. Кое-кто из находившихся на борту успел выпрыгнуть и спасся, но тридцать шесть человек погибло.
Расследование катастрофы привело к выводу, что выходящий в местах утечек водород, газ весьма горючий, был подожжен электрическим током, бежавшим вверх с земли по посадочному канату «Гинденбурга». Обычно безвредное свечение огней Святого Эльма породило страшный пожар, погубивший не только «Гинденбург», но и дирижабль как вид транспорта. С тех пор ни один дирижабль не перевез ни единого платного пассажира.
Будем придерживаться приметы моряков – Огни Святого Эльма принесут нам удачу ! Буря наконец-то миновала. И мы увидели одно из замечательнейших физических явлений – Огни Святого Эльма. Продолжаем наше путешествие.
Вахтенный! Как там горизонт? Чист? Нет, капитан, слева по курсу на нас движется огромная гора вся из льда и снега. Право руля! Уходим от опасности! Это айсберг! Именно айсберги послужили причиной многих катастроф, в том числе и «Титаника»
Айсберги что в переводе означает « Ледяная гора» достигают громадных размеров в длину до нескольких километров и высотой более 100 м. Встреча с айсбергами в океане опасна для кораблей. Ведь его подводная часть больше надводной. На каком расстоянии от корабля находится айсберг, если посланный гидролокатором ультразвуковой сигнал был принят обратно через 3с? Скорость звука в воде считать 1500 м/с.
Миновали мы и это препятствие. Полный вперед! Вахтенный! Как погода? Какая температура воды? Капитан! Наблюдается понижение температуры забортной воды; холодный ветер - признак большого скопления льда в той части горизонта, откуда дует ветер. туман на горизонте в подветренном направлении при ясной погоде и теплом ветре с моря - признак большого скопления льда в этой части горизонта. И что-то непонятное! Ка будто земля и небо поменялись местами! На небе видны льдины и участки воды ! Что это? Обратимся к источникам!
“Ледовое небо” - эффект, создаваемый отсвечиванием льда на низких облаках в той части горизонта, где находится лед. Ледяное небо иногда прерывается участками темного “водяного неба” - отражением на облаках участков чистой воды среди льда;
По всем приметам вы входим в зону льдов. Начинается Северный ледовитый Океан. Ну, здравствуй, неизвестное!
Еще одно оптическое явление можно наблюдать в арктических морях - явление ненормальной рефракции. Это преломление света в атмосфере, которое возникает из-за разности температур нижних слоев воздуха и воды. Оно создает в Арктике немало помех, так как наблюдаемые на горизонте предметы и пейзажи искажаются в связи с тем, что луч зрения при прохождении через среды с различной плотностью преломляется в горизонтальном и вертикальном направлениях. При возникновении явления ненормальной рефракции, видимый горизонт или понижается, или повышается. Обычно этому явлению предшествует образование в атмосфере легкой мглы и волнообразное дрожание горизонта. Исследователи Арктики хорошо знакомы с этим явлением, а некоторым из них приходилось попадаться на этот визуальный «обман».
Полярные исследователи, датчане Унтер и Поульсен однажды увидели мускусного быка, на которого собрались устроить охоту. Но когда они к нему приблизились, оказалось, что это одна из их собак, показавшаяся им крупным животным из-за явления ненормальной рефракции. Приходилось наблюдать это явление и экипажу судна «Фарм» во главе со знаменитым норвежским исследователем Фритьофом Нансеном, когда экипаж принял за землю обломок деревянного черпака, размеры которого были увеличены в сотни раз. В записках полярников встречается упоминание и о том, что благодаря явлению ненормальной рефракции иногда на горизонте появляется сразу несколько ложных солнц, при этом понять, какое из них настоящее, бывает очень не просто.
Атомный ледокол « Арктика» мог продвигаться в сплошных льдах при толщине более 1,5 м непрерывным ходом со скоростью 13 км/ч. Сколько времени необходимо для того, чтобы пройти в таких льдах 1 км?
На всем ясно, что парусный корабль не может плыть по льду Как быть? Воспользуемся еще одним физическим явлением – трением качения. Как мы будем передвигать наш корабль?
Какая красота вокруг ! Кто это сказал что в Арктике нет жизни. Посмотрите, какие букеты ледяных цветов расцветают вокруг! Это явление присуще только Арктике!
Какое физическое явление заставляет расцветать целые рассыпи «цветов»?
Белое безмолвие! А вот и нет смотрите тут есть кто-то живой! На снегу цепочка следов! Кто бы это мог быть?
Это хозяин Севера – белый медведь. Белый медведь — один из самых крупных наземных представителей млекопитающих отряда хищных (уступает лишьморскому слону). Его длина достигает 3 м, масса до 1 т. А кто знает почему медведь белый?
. Цвет шубы варьирует от белого до желтоватого; летом мех может желтеть из-за постоянного воздействия солнечного света. Шерсть белого медведя лишена пигментной окраски, и шерстинки полые. Полупрозрачные волоски пропускают только ультрафиолетовые лучи, придавая шерсти теплоизоляционные свойства[9]. При ультрафиолетовой фотосъёмке белый медведь кажется тёмным. Благодаря строению шерстинок белый медведь иногда может «позеленеть». Происходит это в жарком климате (в зоопарках), когда внутри шерстинок заводятся микроскопические водоросли.
Подошвы ног подбиты шерстью, чтобы не скользить по льду и не мёрзнуть. Между пальцами есть плавательная перепонка, а передняя часть лап оторочена жёсткими щетинками. Крупные когти могут удержать даже сильную добычу.
Какие физические явления использует медведь для своего передвижения?
Начинает темнеть! Но что это? Как будто кто-то на небе рассыпал драгоценные камни. Они переливаются разными цветами и не мерцают как живые. Кто знает что это за явление?
Одно из самых ярких и удивительных явлений природы - полярное сияние, возникающее на небе в виде арок, дуг, колышущихся занавесов различных цветов. Завораживающее зрелище, которое архангельские поморы с давних пор называли сполохами, может продолжаться от часа до нескольких суток. Это люминесцентное свечение происходит от столкновения летящих от Солнца заряженных частиц с молекулами и атомами газов в самой разряженной части воздушной оболочки Земли.
Из всех видов полярного сияния наиболее распространенные - арки и дуги, которые обычно образуются на высоте от 60 до 100 километров. Свечение в виде колышущихся занавесов происходит на высоте 110-120 километров, а огни красного цвета формируются на самых больших высотах - 900-1000 километров. Чуть ниже их окраска приобретает фиолетовой цвет, а в самых близких к Земле слоях образуются зеленые лучи и вспышки.
Иногда полярные сияния достигают такой колоссальной силы, что закрывают огромные пространства небосклона. Такое сияние в 1872 году охватило почти все северное полушарие, а полярное сияние в 1938 году можно было наблюдать на всей европейской территории России.
Однако, это впечатляющее зрелище имеет и отрицательную сторону, влияющую на деятельность человека. Интенсивные полярные сияния вызывают в эфире мощные «магнитные бури», тем самым нарушая нормальную работу радиоприборов и компасов. Правда, обычно эти явления возникают зимой, когда работы геологов, полярников, пилотов и других специалистов сведены к минимуму. Во всяком случае, опытные полярники знают, что во время мощного полярного сияния не следует работать с аппаратурой и совершать путешествия.
А вот и осадки! Да какие интересные? Посмотрите на земле не снежинки и не льдинки, а ледяные скорлупки! Такие «ледяные дожди идут только в Арктике!
Известно, что вода замерзает при температуре 0°С. Почему же в полярных районах Мирового океана температура воды опускается до -1,8° С?
.Средняя глубина океанов составляет около 4000 м, а некоторые океанические впадины достигают глубины 11000 м. Почему в морской пучине всегда холодно?
Чтобы нам не скучать в походе, займемся образованием. Изучим особенности Арктики.
Еще одно природное явление - полярный день и полярную ночь. Еще в V в. до н.э. их существование предсказал древнегреческий математик и астроном Бион из Абдеры, который первым сказал, что на Земле есть такие места, где шесть месяцев длится день и шесть месяцев ночь.
Полярным днем считается период, когда Солнце не заходит за горизонт дольше одних суток. Во время полярного дня Солнце может не опускаться за горизонт на протяжении многих дней, а описывать круг вдоль линии горизонта. На северном полюсе он длится от весеннего до осеннего равноденствия – от 64 до 186 дней. Его продолжительность возрастает к северу от Северного полярного круга.
Полярная ночь устанавливается в Арктике в зимний период, когда Солнце не появляется из-за горизонта более одних суток. На полярных кругах Земли она длится один день, продолжительность полярной ночи возрастает к северу от северного полярного круга. На северном полюсе она длится от осеннего до весеннего равноденствия - 176 суток. В России полярный день и полярную ночь можно наблюдать в Мурманске, Воркуте, Норильске, Североморске и Апатитах.
Капитан! Капитан! У нас ЧП! Все двигатели и механизмы работают, а корабль не движется ни на метр! Что такое?
Наблюдается эффект «мертвой воды» в арктических морях и заключается в том, что судно, оказавшееся в этой зоне, неожиданно начинает терять скорость или даже останавливаться. Впервые с таким явлением столкнулся норвежский полярный исследователь Фритьоф Нансен, совершавший в 1893 году плавание по Баренцеву морю. Эффект «мертвой воды» происходит в тех местах, где внутренние волны появляются на границе слоев воды с различной плотностью. При этом поверхностный слой воды имеет значительно меньшую плотность, чем нижние водные слои. В такой ситуации вся энергия вращения судовых винтов начинает уходить на образование и поддержание внутренних волн, вместо того, чтобы толкать судно вперед. В результате - корабль теряет скорость.
Ну вот мы добрались до цели нашего путешествия – Северного полюса!
В Арктике находится четыре полюса: географический Северный полюс, магнитный, полюс холода и полюс недоступности. Эти точки в Северном полушарии достаточно широко разбросаны и не совпадают с географическим полюсом, через который «проходит» ось вращения земного шара.
Географический полюс находится в центральной части Северного Ледовитого океана и является особой точкой нашей планеты, где сходятся меридианы и все часовые пояса, поэтому время здесь не определено. И обычно полярные экспедиции ориентируются на время, принятое в их стране.
Магнитный полюс представляет собой условную точку земной поверхности, в которой магнитное поле Земли направлено к поверхности под прямым углом. Положение магнитного полюса нестабильно и его координаты являются временными и неточными, так как ежедневно он движется по эллиптической траектории и смещается в северном и северо-западном направлении. Со второй половины ХХ века полюс движется в сторону Таймыра, в «спокойные» периоды со скоростью от километра в год, а в периоды геомагнитной активности до десятков километров в год.
На земном шаре есть место, которое холоднее Северного полюса. На картах метеорологов всего мира оно обозначено как полюс холода Северного полушария. Находится он в якутском поселке Оймякон, расположенном в Восточной Сибири. Его население составляет 521 человек. Довольно большая удаленность Оймякона от океана и его местонахождение в высоких широтах формируют здесь резко континентальный климат. В зимний период столбик термометра в этих местах опускается ниже минус 50-60 градусов. Абсолютный минимум на Оймяконе был отмечен в феврале 1933 года (- 67,7°С). Это самое холодное место на планете, где при таких низких температурах постоянно живут люди.
Полюс недоступности - это место ледяного массива площадью в 3 млн км2, максимально удаленное от всех берегов Северного Ледовитого океана и расположенное на наибольшем расстоянии от любой суши. Он находится на 170-м меридиане в.д. примерно в 600 км от Северного географического полюса. Из-за удаленности этой точки от удобных транспортных путей полюс недоступности считается трудно достигаемым. Но, несмотря на это, в 1941 году советскими полярниками на этот полюс была совершена первая экспедиция на самолете «СССР-Н-169» под руководством И.Черевичного. В 1986 году экспедиция под руководством Дмитрия Шпаро в условиях полярной ночи достигла полюса недоступности пешком.
33 558
547 
