Шаровая молния.

(ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

По дисциплине:

Физика

Тема: «Шаровая молния»

Выполнил:

Финансов Мирослав Юрьевич

Студент 1 курса

группы ОЗ-М-201

Руководитель:

Неженская Валерия Петровна

Г. Ставрополь, 2020

Содержание

Введение 3

Глава I. История шаровой молнии 7

Глава II. Тайны шаровой молнии 10

Глава III. Что делать при встрече с шаровой молнией 13

Заключение 15

Интернет-источники и список литературы 16

Каждый день человек сталкивается с необычными явлениями природы. Некоторые - опасны. Другие - красивы так, что захватывает дух. Случаются и редкие, но оттого лишь более любопытные, явления, такие как шаровая молния или северное сияние. Их притягательная сила породила массу мифов и легенд. Как на самом деле образуются эти чудеса, попытаемся разобраться с помощью науки.

Даже простые (линейные) молнии - не до конца изученное явление, шаровые же - истинная загадка даже при нынешнем уровне развития науки.

Мифы и легенды древности представляли шаровую молнию в самых разных обличьях, но чаще всего - в виде монстров с огненными глазами. Первые документальные свидетельства об этом явлении восходят еще к временам Римской империи. А в русских архивах оно впервые упоминается в 1663 году: в один из монастырей пришел "донос от попа Иванище" из села Новые Ерги, в котором сообщалось, что "...огнь на землю падал по многим дворам, и на путях, и по хоромам, аки кудели горя, и люди от него бегали, а он каташеся за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облака".

Многочисленные очевидцы обычно так описывают шаровую молнию: яркий светящийся шар, несвязанный с каким-либо источником электроэнергии, перемещается как горизонтально, так и хаотично. В редких случаях молния "прилипает", например, к проводам и движется вдоль них. Нередко шар попадает в закрытое помещение через щель, меньше своего диаметра. Исчезает молния так же странно, как и появляется - может взорваться, а может просто погаснуть. Еще одна загадка ее в том, что представляя собой нагретый газ, молния не смешивается с окружающей атмосферой, а имеет довольно четкую границу "шара".

Молния живет примерно 10 секунд. При движении она часто издает негромкое потрескивание или шипение.  А самыми распространенными ее цветами являются красный, оранжевый, желтый, белый и голубой. "Вообще цвет шаровой молнии не является ее характерным признаком и, в частности, ничего не говорит о ее температуре, а также и о составе. Вероятнее всего, он определяется наличием тех или иных примесей", - поясняет в своей книге, посвященной природе шаровых молний, доктор физико-математических наук Игорь Стаханов.

Световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает электрическая лампа.

Удивительным в шаровой молнии является то, что она почти совсем не излучает тепло. По мнению экспертов, людей вводит в заблуждение интенсивное свечение: человек видит "раскаленный" шар и чувствует тепло, которого на самом деле нет. Часто шаровая молния проходит на расстоянии 10-20 сантиметров от незащищенных одеждой частей тела, например от лица, не вызывая никаких последствий. Однако при прямом контакте с объектом повреждения все-таки возможны: случалось, шар вылетал в окно и прожигал при этом занавеску или оплавлял металлические предметы. Эти свидетельства, уверяют ученые, говорят лишь о возможности выделения значительной энергии, но отнюдь не о высокой температуре вещества самой молнии.

Изучение этого загадочного явления осложняется тем, что получить молнию в лабораторных условиях практически невозможно, хотя попытки предпринимались еще со времен Николы Теслы. По словам исследователей, в своей работе они зачастую могут опираться лишь на показания очевидцев, которых, кстати, немало. Только в России живут десятки тысяч человек, наблюдавших шаровую молнию воочию. При этом лишь небольшая часть свидетелей может рассказать о ее зарождении.

Иногда утверждают, что светящийся шар возникает в месте ветвления канала линейной молнии. Нередко он появляется из проводников - из телефонного аппарата, из щитка со счетчиками, из розетки (самый частый вариант, который описывают очевидцы) и так далее. Причем, искусственные шары возникают, так же, как и естественные: там, где скапливаются значительные заряды, которые не могут нейтрализоваться. Подобный процесс, к примеру, происходит во время короткого замыкания.

"Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое - к возникновению шаровой молнии", - поясняет Стаханов.

Итак, согласно исследованиям физиков, "шаровая молния представляет собой проводящую среду с плотностью воздуха, при температуре, близкой к комнатной. Его молекулы метастабильны и выделяют энергию, служащую источником излучаемого тепла и свечения".

Существует еще несколько любопытных теорий возникновения шаровой молнии. Так, ряд исследователей предполагает, что такая молния — это плазмоид, то есть объем, заполненный высокотемпературной плазмой, удерживаемой собственным магнитным полем. То же самое магнитное поле, которое мешает разлету частиц плазмы, может изолировать ее от окружающего воздуха и помешать быстрому рассеянию энергии. Противники этой идеи говорят: проблема шаровой молнии не имеет ничего общего с осуществлением управляемого термоядерного синтеза.

Ученые так же предполагают, что шаровая молния может состоять либо из нейтральных молекул в основном состоянии, либо из молекул, возбужденных на метастабильные уровни. Это - так называемая химическая гипотеза. Так, Борис Смирнов, выдающийся ученый в области атомной физики, предполагает, что энергия молнии заключена в озоне и выделяется при его разложении. Для получения более высоких концентраций озона по теории Смирнова требуется возбуждение кислорода током молнии.

Объект: Явление шаровой молнии.

Предмет: Шаровая молния.

Гипотеза: организм человека подчиняется таким же законам физики, как и все остальные тела.

Цель: получить новые сведения о шаровой молнии.

Поставленная цель определяет выбор комплекса задач:

1. Пронаблюдать историю шаровой молнии;

2. Узнать тайны шаровой молнии;

3. Рассмотреть, что делать при встрече с шаровой молнией.

Актуальность: Шаровая молния — странное явление, которое до сих пор остается малоизученной загадкой. Ярчайший шар, летающий после или во время грозы, «жизнь» которого завершается мощнейшей электрической вспышкой или даже пожаром. Многие ученые до сих пор подозревают, что шаровой молнии не существует, и это всего лишь миф или обман зрения. В то же время в последние годы наука смогла продвинуться в исследовании этого феномена. 

Первые письменные упоминания объектов, подходящих под описание шаровых молний, можно встретить еще в текстах, написанных до нашей эры. 

«Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскалённые угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…»

Шаровые молнии упоминались не просто как визуальные объекты, но и как виновники многочисленных ожогов, пожаров и смертей. Описания таких объектов сильно разнятся — это касается и цвета, и размера шара, его скорости и даже формы. Причина, по которой «огненные шары» описывали так по-разному, может быть простой: в некоторых случаях очевидцы могли наблюдать что-то другое — оптическая иллюзия из-за сверкания обычной молнии, воспламенение газов или даже галлюцинации.

В особенности на ошибках наблюдения и обмане зрения начали настаивать ученые XIX века. Многочисленные попытки хоть как-то зафиксировать феномен претерпевали неудачу, а слова очевидцев невозможно было проверить. 

Одним из первых, кто попытался дать шаровым молниям научное объяснение, стал астроном и физик Доминик Франсуа Араго. Сначала он систематизировал все описания феномена, что давали очевидцы, в книге «Гром и молния». Свидетелей шаровой молнии (или даже пострадавших от нее) было так много, что научное сообщество перестало считать явление вымыслом — хотя и доказательств обратного привести никто не мог.

Сам Арго предположил, что шаровые молнии — следствие взаимодействие кислорода с азотом, в результате которого выделяется большое количество электрической энергии. Спустя полвека физик Яков Френкель дополнил гипотезу: плазменные шары образуются из пылевых частиц с активными газами, получившими электрический заряд. То есть молния «зарядила» газы, вследствие чего те начали вращаться вихрем. Это объясняет, почему шаровые молнии «живут» такое продолжительное время. Впрочем, теория Френкеля отметала все те случаи, согласно которым шаровые молнии появлялись в отсутствии грозы, а точнее даже разряда молнии.

Были и другие гипотезы: например, что шаровые молнии подпитываются радиоволнами определенной длины (35-70 см). И что заряженных молнией газов недостаточно для непрерывного свечения молнии — нужна энергия извне.

Со временем теорий о природе шаровой молнии появилось так много, что их уже не сосчитать. При этом до XXI века само существование явления оставалось недоказанным, несмотря на многочисленные свидетельства. 

Достоверное доказательство существования шаровой молнии (как и любого другого феномена) может быть получено двумя способами: теоретическим и практическим. Причем полностью сформированная теория должна поддаваться воспроизведению на практике — и наоборот. 

На протяжении XX века и начала XXI никаких научных доказательств шаровой молнии получить не удавалось. Не раз были зафиксированы и ожоги, а также летальные исходы. 

Феномен долгое время оставался в одном ряду со свидетельствами о призраках или контактах с инопланетянами. Начала получать распространение теория о фантомности шаровой молнии. Согласно ей, обычный разряд молнии (или даже тока) при особых микроколебаниях магнитного поля вызывает электрическое поле, которое «отпечатывается» на сетчатке глаз, вызывая ложные зрительные образы.

Однако уже в 2010-ых годах появились первые официально зафиксированные свидетельства шаровых молний. В 2012 году китайские ученые зафиксировали в Тибетских горах свечение молнии-шара, которое длилось полторы секунды. Выяснилось, что спектр таких молний содержит (помимо линий азота, присущих обычным молниям) линии железа, кремния и кальция. Увы, полученной информации оказалось слишком мало, чтобы считать ее сенсацией.

Впрочем, в последние годы все чаще шаровые молнии стали попадать в объектив камер. Некоторые ролики быстро окрестили фейковыми или же в них наблюдалось иное явление: например, мощное искрение проводов в темноте образует форму шара, который можно принять за шаровую молнию. Под нее же может попасть и воспламенение метана, выходящего из почвы.

Некоторого прогресса удалось добиться и команда ученых из Финляндии и США, которым удалось создать синтетический электромагнитный узел шаровой формы. Таким образом ученые склоняются к тому, что шаровые молнии носят не только электрическую, но и квантовую природу.

Учёные долгое время не допускали даже существования такого явления, как шаровая молния: сведения о её появлении относили в основном или к оптическому обману, или к галлюцинациям, что поражают сетчатку глаза после вспышки обыкновенной молнии. Тем более что свидетельства о том, как выглядит шаровая молния, во многом не совпадали, а во время её воспроизведения в лабораторных условиях удавалось получить лишь кратковременные явления. Всё изменилось после того, как вначале XIX ст. физик Франсуа Араго опубликовал отчёт, с собранными и систематизированными свидетельствами очевидцев о явлении шаровой молнии. Хотя эти данные и сумели убедить многих учёных в существовании этого удивительного явления, скептики всё же остались. Тем более загадки шаровой молнии со временем не уменьшаются, а лишь множатся. Прежде всего, непонятна природа появления удивительного шара, поскольку появляется он не только в грозу, но и в ясный погожий день. Непонятен и состав вещества, которое позволяет ему проникать не только через дверные и оконные проёмы, но и через малюсенькие щели, после чего вновь принимать без ущерба для себя изначальную форму (физики этого явления разгадать на данный момент не в состоянии). Некоторые учёные, изучая явление, выдвигали предположение, что в действительности шаровая молния являет собой газ, но в таком случае плазмовый шар под воздействием внутреннего тепла должен был бы взлетать вверх наподобие воздушного шара. Да и природа самого излучения непонятна: откуда оно исходит – лишь с поверхности молнии, или со всего её объёма. Также перед физиками не может не возникать вопрос о том, куда пропадает энергия, что находится внутри шаровой молнии: если бы она шла лишь на излучение, шар исчезал бы не через несколько минут, а светился бы пару часов. Несмотря на огромное количество теорий, физики до сих пор не могут дать научно обоснованного объяснения этого явления. Но, существует две противоположные версии, получившие популярность в научных кругах. Гипотеза №1 Доминик Араго не только систематизировал данные о плазменном шаре, но и попытался объяснить, в чём состоит загадка шаровой молнии. По его версии шаровая молния — это специфическое взаимодействие азота с кислорода, во время которого выделяется энергия, создающая молнию. Другой физик Френкель дополнил эту версию теорией о том, что плазмовый шар является вихрем шарообразной формы, состоящий из пылевых частиц с активными газами, что стали таковыми из-за полученного электрического разряда. По этой причине вихрь-шар вполне может существовать довольно продолжительное время. В пользу его версии говорит тот факт, что плазмовый шар обычно возникает в запыленном воздухе после электрического разряда, а после себя оставляет небольшой дымок со специфическим запахом. Таким образом, эта версия говорит о том, что вся энергия плазменного шара находится внутри него, из-за чего шаровую молнию можно считать накопителем энергии. Гипотеза №2 Академик Петр Капица с этим мнением был не согласен, поскольку утверждал, что для беспрерывного свечения молнии нужна дополнительная энергия, которая подпитывала бы шар извне. Он выдвинул версию, что явление шаровой молнии подпитывают радиоволны длиной от 35 до 70 см, возникающие в результате электромагнитных колебаний, возникающих между грозовыми тучами и земной корой. Взрыв шаровой молнии он объяснял неожиданной остановкой подачи энергии, например, изменение частоты электромагнитных колебаний, в результате чего разреженный воздух «схлопывается». Хотя его версия многим пришлась по душе, природа шаровой молнии версии не соответствует. На данный момент современная аппаратура ни разу не зафиксировала радиоволны нужной волны, которые появлялись бы в результате атмосферных разрядов. Кроме того, вода является почти непреодолимым препятствием для радиоволн, а потому нагреть воду, как в случае с бочонком, а тем более вскипятить её, плазменный шар не смог бы. Также ставит гипотезу под сомнение масштаб взрыва плазменного шара: он не только способен расплавить или разнести в куски прочные и крепкие предметы, но и переломать толстые брёвна, а его ударная волна – перевернуть трактор. В то же время обыкновенное «схлопывание» разреженного воздуха проделать все эти трюки не способно, а его эффект подобен лопнувшему воздушному шару.

На Ямале шаровая молния убила одного ребенка и обожгла еще двух. Когда она залетела в чум, там находилась еще и собака. Животное бросилось на светящийся шар, после чего он взорвался, передает «Интерфакс». А накануне шаровая молния попала в одну из квартир жилого дома в Тульской области. 10-летний мальчик получил легкую контузию. Что представляет собой шаровая молния? Как вести себя при встрече с ней?

Первые письменные упоминания о загадочных светящихся шарах относятся к Древнему Риму. Довольно много описаний встречи с шаровой молнией было в средневековой Франции и Португалии. В начале XIX века француз Франсуа Араго собрал всю известную на тот момент информацию об этом явлении.

Изучением шаровых молний занимался советский академик Петр Капица. Но ученые долгое время не допускали существования такого явления, как шаровая молния. Ее называли оптическим обманом или галлюцинацией, а иногда — придумкой тех, кто рассказывал о встрече со светящимся шаром. Слишком уж необычными были истории некоторых очевидцев. Но сегодня сомнений уже нет: шаровая молния существует. Говорит доктор физико-математических наук, замдиректора Института физики атмосферы имени Обухова Александр Гинзбург.

«Это реальное явление. Оно описано, его фотографировали, наблюдали. Другое дело, почему такой светящийся шар хаотически передвигается, и, действительно, она иногда залетает даже в помещения, и бывают случаи и ожогов, и гибели людей. Это, к сожалению, факт реальный. Не только не понятно, как с этим бороться, но и непонятно, почему вот такой электрический разряд в таком шарообразном виде устойчиво существует».

Обычно встречаются шаровые молнии диаметром 10-20 сантиметров. Они могут быть почти прозрачными. Но, как правило, это шар желтого, оранжевого или красного цвета, который светится, как 100-ваттная лампочка и хаотически перемещается в пространстве. Причем, появиться шаровая молния может как во время грозы, так и при ясной погоде.

Вокруг шаровых молний существует много легенд. Например, некоторые верят в то, что они просачиваются в помещения через электрические розетки, а также сквозь малейшие щели в стенах и стекла, превращаясь в «сосиски», а потом снова принимая форму шара. Кто-то считает их живыми существами, а кто-то — энергетическими зондами, при помощи которых инопланетяне собирают информацию о нашей планете.

Ученые до сих пор не могут ни объяснить природу этого явления, ни понять, как возникают шаровые молнии, ни воспроизвести их в лабораторных условиях. Теорий множество, но ни одна из них не получила всеобщего признания.

Как избежать встречи с шаровой молнией? Есть практические рекомендации. Говорит завкафедрой общей физики МФТИ Александр Максимычев.

Александр Максимычев «Лучше не находиться в открытом месте, лучше быть под крышей, лучше закрывать окна, двери. При этом многие говорят, что вот этот объект как бы плавает в воздухе и чувствует движение потоков воздуха, то есть, например, сквозняк, может спровоцировать залет этой молнии к вам, внутрь помещения, поэтому лучше, чтобы сквозняков не было, лучше, чтобы печные трубы были закрыты».

Считается, что с шаровой молнией можно мирно разойтись. Главное — не делать резких движений, никуда не бежать и не поворачиваться к ней спиной. Если она на улице, надо медленно пятиться от шаровой молнии и стараться отойти от нее как можно дальше. Если же светящийся шар появился в квартире, то советуют замереть и ждать, пока он сам не пропадет или вылетит в окно либо форточку — если, конечно, они открыты. И еще говорят, что нельзя прикасаться к шаровой молнии и кидать в нее разные предметы: может взорваться. Но сложно проверить, насколько действенны эти рекомендации.

Шаровая молния — это не обычный электрический разряд, который появляется в атмосфере, а плавающая и сияющая сфера в воздухе. Объект в форме шара светится. Он может вращаться, парить в воздухе, а иногда взрывается.

На сегодняшний день такое исключительное явление на Земле, как шаровая молния, является самым загадочным, противоестественным и устрашающим.

По показаниям свидетелей особая разновидность молнии зачастую появляется в штормовую или грозовую погоду вместе с обычными молниями. Светящийся объект выходит из проводника или возникает из обычных искровых разрядов. Также нередко шар спускается с облаков или появляется в воздухе внезапно

Не существует единой теории возникновения данного явления. Но некоторые ученые выдвигают предположение, что такой феномен – обычные галлюцинации. Наиболее популярная теория принадлежит академику П.Л. Капице, основанная на образовании в пространстве между поверхностью земли и грозовыми тучами мощных электромагнитных колебаний, которым свойственны короткие волны. Но исследователь не сумел объяснить феномен коротковолновых колебаний. Остальные гипотезы основаны на трудах Капицы.

Но, несмотря на невозможность объяснения данного феномена, в истории человечества встречается немало примеров наблюдения шаровой молнии.

В ходе работы на данным проектом были решены все задачи, а именно пронаблюдали историю шаровой молнии, узнали тайны шаровой молнии и рассмотрели, что делать при встрече с шаровой молнией.

Поскольку были решены все задачи исследовательского проекта, можно утверждать, что поставленная цель «получить новые сведения о шаровой молнии».

1. http://kapital-rus.ru/news/373315-sharovaya_molniya_strannaya_i_tainstvennaya/

2. https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/sharovaya-molniya.html

3. https://rg.ru/2014/05/30/chudesa-site.html

4. https://fanzon-portal.ru/press-center/news/knigi/fenomen-sharovoy-molnii/

5. https://www.bfm.ru/news/331325

6. Цысинь Лю - Шаровая молния, 2019г.