Как человек использует ветер вентилятор

Обновлено: 16.05.2024

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Актуальность темы. В наши дни актуальной является тема альтернативных экологически чистых источников энергии. Уже сегодня ученые стали задумываться над вопросами: что делать, если на нашей планете закончатся газ, нефть, уголь, и почему бы не использовать энергию ветра во благо людям.

Цель исследования: Узнать природу возникновения ветра, попытаться ответить на вопросы: почему и откуда дует ветер, и можно ли управлять ветром.

Задачи: Изучить литературу по данной теме, провести наблюдения и опыты, сделать выводы на основании полученных данных.

Гипотеза: Я предполагаю, что ветер - это движение воздуха, с которым можно подружиться.

Тема ветра всегда была и остается актуальной для человечества. Люди с древних времен наблюдали за ветром и пытались использовать силу и энергию ветра. Но на протяжении долгого времени они не могли объяснить причины возникновения природных явлений, поэтому приписывали им сверхъестественные силы.

За 5 тысяч лет до нашей эры египтяне уже использовали силу ветра на своих лодках, чтобы плыть под парусом. Благодаря парусным судам, которые плыли за счет ветра, появилась возможность преодолевать большие расстояния по морям и океанам. Примерно за 200 лет до нашей эры персы использовали ветер и строили ветряные мельницы, чтобы перемалывать зерно. Воздушные шары, которые тоже движутся за счет ветра, впервые позволили человеку подняться в воздух. В наши дни человек начал строить ветроэлектростанции.

2.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 2.1 Связь ветра и воздуха. Воздух есть везде. Если быстро свести свои ладони близко друг к другу так, как будто сдавливаешь воздух, то с обеих сторон рук можно почувствовать движение. Воздух движется из зоны с высоким давлением, где он более тяжел, в зону с низким давлением, где он легче. 2.2. Давление воздуха. Чтобы доказать, что движение воздуха зависит от разницы в давлении, я провел небольшой опыт. Для этого мне понадобилась пластиковая бутылка с пробкой и горячая вода. Я наполнил бутылку горячей водой. Спустя несколько секунд вылил воду и плотно закрутил крышку. В результате я увидел, что через несколько минут бутылка сжалась. Это произошло потому, что воздух внутри бутылки под воздействием тепла стал легче и расширился. Потом он остыл, его давление внутри бутылки стало ниже, чем давление снаружи. Давление наружного воздуха смяло бутылку. Этим опытом я доказал, что давление у горячего и холодного воздуха разное: теплый воздух расширяется, и поэтому имеет меньшее давление, а холодный воздух сжимается, и поэтому имеет большее давление.

2.3 Влияние различных температур на движение воздуха.

Вы, наверное, замечали, что черная поверхность предметов нагревается быстрее, чем белая. Это происходит потому, что черное быстрее поглощает тепло, чем белое.

Наша планета очень большая. Солнце нагревает Землю неравномерно. Люди, живущие у моря, знают, что днем ветер дует с моря на берег, а ночью ветер с берега дует на море. Это происходит потому, что днем суша и море прогреваются по-разному: суша нагревается быстрее, а море - медленнее. А ночью море медленнее остывает, чем суша. Из-за разницы температур образуется ветер, который называется дневным или ночным бризом.

Я решил проверить это и провел опыты, показывающие движение теплого и холодного воздуха.

Для проведения опыта мне понадобилась горящая свеча. Я поднес горящую свечу к нижней части входной двери, пламя отклонилось в сторону комнаты, т.к. холодный воздух идет в комнату из коридора.

Затем я поднес горящую свечу к верхней части входной двери, пламя отклонилось в сторону коридора, т.к. теплый воздух выходит из комнаты в коридор.

Для проведения следующего опыта мне потребовались бумага, ножницы, шпагат и скотч (опыт нужно проводить в теплой комнате зимой).

На шпагат с помощью скотча я наклеил полоски тонкой бумаги. Концы шпагата закрепил внизу окна. Открыл окно, чтобы шпагат натянулся. Полоски отклонились в сторону комнаты. Затем я повторил опыт, только шпагат с полосками бумаги прикрепил в верхней части окна. Полоски отклонились в сторону улицы.

Это произошло потому, что поступающий с улицы холодный воздух выталкивает наружу теплый воздух, находящийся в верхней части комнаты.

Таким образом я доказал, что воздух из-за разницы температур постоянно находится в движении. Воздух, который нагревается, поднимается вверх, а который охлаждается, опускается вниз.

Оказывается первыми, кто изучал это явление и придумал, что можно использовать горячий воздух для создания летательного аппарата были братья Монгольфье. В 18 веке они создали первые воздушные шары. Эти шары были изготовлены из промасленной бумаги. А для получения горячего воздуха, которым наполнялся шар, они сжигали солому. И в 1783году человек впервые поднялся в воздух на воздушном шаре.

Эти фотографии я сделал из окна своей комнаты.

В итоге, проделав свои опыты, я сделал вывод, что горячий воздух внутри воздушного шара менее плотен, чем холодный воздух атмосферы. Следовательно, пока воздух в воздушном шаре горяч, шар остается на высоте.

И я тоже запустил свой маленький воздушный шар в небо.

2.4 Какая сила у ветра.

Опыты, проведенные мною, показали, что возникновение ветра зависит от движения воздуха. Т.е. основными причинами возникновения ветра являются разница в давлении воздуха и разница температуры воздуха. Соответственно, чем эта разница больше, тем сильнее ветер.

Сильный ветер может приносить большие разрушения. Из специальной литературы я узнал, что самые мощные метеорологические явления – это тропические циклоны. В разных странах их называют ураганами или тайфунами. Перемещаясь, они сметают все на своем пути. Скорость ветра при этом достигает 500км/ч.

Существуют специальные приборы, которые определяют направление и силу ветра (приложение №2).

Направление ветра определяет прибор, который называется флюгером. Его устанавливают на высоте не менее 10 метров. Он состоит из легкой металлической пластины, которая вращается вокруг своей оси в определенную сторону. Ветер получает название по той стороне света, откуда он дует: с севера – северный, с юга – южный.

Скорость ветра определяет специальный прибор, который называется анемометром. Чем быстрее дует ветер, тем сильнее крутится вертушка прибора.

Я провел небольшой эксперимент. Взял кусочек легкого картона, ножницы, кнопку, палочку и фен. Вырезал из картона квадрат, завернул у этой фигуры 4 угла. Получилась вертушка, которую я прикрепил на палочку с помощью кнопки. Ветер я создал феном, используя 3 разные скорости фена. Под воздействием ветра вертушка начала вращаться.

Это получается потому, что воздух давит на отогнутые лопасти и создает вращательное движение.

Таким образом, на примере этой модели я увидел, что ветер обладает силой, и я думаю, что эту силу можно использовать как источник энергии.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Человек давно научился использовать энергию ветра. Благодаря ветру были сделаны великие географические открытия, человечество получило возможность путешествовать как по морю, так и по воздуху, молоть зерно, и даже преобразовывать силу ветра в электричество с помощью ветрогенераторов.

В ходе исследовательской работы я познакомился с одним из самых уникальных явлений природы - ветром. Попытался показать механизм его действия. Узнал, что, используя современные технологии, люди смогли приручить ветер и использовать его силу с пользой для себя (приложение №3).

Литература:

- Аллаби, М. Планета Земля. Энциклопедия. / Майкл Аллаби; Пер. с англ. Е.А. Рукавишниковой – Москва: Махаон , 2010. – 304 с.

- Ауст, З., Что есть что? Погода. / Зигфрид Ауст; Пер. с нем. Б.И. Запесской – Москва: Слово, 1994. – 64 с.

- Мейяни, А. Большая книга экспериментов для школьников / Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой – Москва: Росмен–Пресс, 2006.– 260 с.

Приложение №1.

Пятигорск. Эолова арфа. Памятник (1831г., Архитекторы братья Бернардацци).

Температура воздуха в помещении у потолка будет выше, чем у пола. Над чашкой с горячей водой видно, как нагретый воздух с водяным паром поднимается вверх.

Определите по рисунку, сколько дней дули северо-восточный и западный ветры?

Северо-восточный ветер дул пять дней. Западный ветер дул два дня.

Где воздух днем нагревается сильнее — над сушей или над водой? Где в это время более высокое атмосферное давление, а где более низкое? Откуда дует дневной бриз? Почему ночной бриз меняет направление на противоположное?

Днем воздух сильнее прогревается над сушей. Здесь образуется область низкого давления. Над водой, где температура ниже, формируется область высокого давления. Поэтому дневной бриз дует с моря на суше. Ночью суша остывает быстрее воды. Над водой воздух теплее и давление ниже. В связи с этим бриз меняет свое направление – ночной бриз дует с суши на море.

Вопросы и задания

1. Что такое ветер? Можно ли считать ветром движение воздуха, создаваемое вентилятором?

Ветер — это движение воздуха вдоль земной поверхности из области высокого давления в область более низкого давления. Движение воздуха, создаваемое вентилятором, нельзя считать ветром. Это скорее перемешивание воздуха.

2. От чего зависят скорость и сила ветра? В вашу местность дует ветер с территории с давлением 765 мм рт. ст. в каком случае ветер сильнее – если у вас атмосферное давление 760 мм рт. ст., или 755 мм рт. ст.?

Скорость ветра зависит от разности давления воздуха между территориями. От скорости ветра зависит его сила: чем выше скорость ветра, тем больше сила, с которой он воздействует на наземные предметы. Ветер будет больше при давлении у нас 755 мм рт. ст. Чем больше разница в давлении, тем сильнее будет ветер.

3. Почему зимой над сушей более высокое давление, чем над океаном, а летом — наоборот? Откуда дует летний муссон, а откуда — зимний?

Зимой суша остывает быстрее океана, и воздух над ней выхолаживается. Давление при этом растет. Вода же остывает медленно, температура воздуха над ним выше, чем над сушей, а давление – ниже. Летом поверхность суши нагревается быстрее океана. Соответственно, давление над сушей низкое, а над океаном высокое. Летний муссон дует с океана на сушу. Зимний муссон дует с суши на океан.

4. Что общего между бризами и муссонами, чем они различаются?

Муссоны, так же как бризы, возникают из-за различий в нагревании и охлаждении суши и океана. Но, в отличие от бризов, это различия, возникающие по сезонам года.

5. Как люди используют силу ветра?

Люди научились использовать силу ветра для движения парусных судов. Из силы ветра получают энергию на ветряных электростанциях.

Определите по рисунку, сколько дней дули северо-восточный и западный ветры?

Северо-восточный ветер дул пять дней. Западный ветер дул два дня.

Вопросы и задания

1. Что такое ветер? Можно ли считать ветром движение воздуха, создаваемое вентилятором?

4. Что общего между бризами и муссонами, чем они различаются?

5. Как люди используют силу ветра?

Чтобы понять, почему на улице ощущаем прохладу при легком порыве воздуха в жаркий день, важно знать, что такое ветер. В атмосфере Земли содержатся молекулы различных газов, которые не улетают в космос из-за гравитации. Образование ветра напрямую зависит от движения планеты. Земля крутится вокруг своей оси, из-за чего молекулы начинают синхронно двигаться. Но ответ на вопрос, почему ветер дует, несколько сложнее.

Воздушные массы двигаются из-за атмосферного давления. Оно в разных участках планеты отличается. Как образуется ветер? В разных местах с разным атмосферным давлением разная температура. Это ключевой фактор: в теплом воздухе молекулы двигаются быстрее и стремятся разлететься по сторонам как можно скорее. Это явление объясняет, почему теплый воздух легче, более разряжен и без большого давления. В холоде молекулы начинают группироваться, из-за чего воздух становится тяжелее.

Как возникает ветер? Это атмосферное явление напоминает воду, которая стремится ввысь, когда нагревается. Воздух направляется в область с низким давлением, чтобы заполнить пустоту разряженной атмосферы. Как правило, дует ветер от воды, поскольку образуется над ее поверхностью.

Чтобы понять, откуда берется ветер, разберемся с механизмом его формирования:

Солнце нагревает берег, реки, моря и океаны. Вода не испаряется, поскольку теплые слои регулярно смешиваются с холодными. По этой причине над ее поверхностью температура воздуха всегда ниже температуры воздуха над сушей.
Над берегом воздух нагревается, тем самым расширяется и становится более разряженным. Его давление понижается, поэтому он поднимается вверх.
Высоко над землей воздух остывает, становится тяжелее, а его давление снижается. Формируется скопление воздушных масс, которое направляется в сторону вод.
Пока теплый воздух направляется к воде, холодные массы направляются к берегу, неся за собой прохладное дуновение.

Какой бывает ветер? Благодаря особенностям его формирования различают постоянные воздушные потоки:

Пассаты — потоки воздушных масс, которые появляются в тропических широтах. Они стремятся к экватору.
Западный перенос воздуха — направлен на восток и встречается в умеренном климате.

Также различают сезонные ветра, называемые муссонами. Зимние разновидности стремятся в сторону океана, летние — в обратном направлении. Место формирования — восток и юго-восток Азии.

Когда дует ветер, можно определить его вид:

Бриз — теплый, меняющий направление два раза в день.
Фён — порывистый, сухой и горячий.
Бора — быстрый, движется со стороны гор к воде.
Самум — пустынный и сухой.
Нордер — формируется в Мексиканском заливе.
Сирокко — возникает над Северной Африкой, Средиземноморьем.
Зефир — влажный и теплый.
Суховей — горячий и сухой.
Зюйд — имеет южное направление, стремится к Северному полюсу.

Как образуется ветер:

Видео

Виды ветров

По основной классификации ветры делятся на постоянные (или преимущественные) и сезонные.

Интересно: Первые млекопитающие — описание, фото и видео

Постоянными называются ветры, которые не меняют своего направления. Они образуются благодаря соприкосновению зон высокого и низкого давления. Сезонные ветры, соответственно, меняют свое направление в зависимости от текущего времени года.

Также отдельную категорию составляют местные ветры. Это воздушные массы, которые циркулируют только на определенных территориях планеты. При этом они определяют климатические условия данной зоны.

Постоянные

Разновидности преимущественных ветров:

Пассаты – ветры, дующие с востока между тропиками и устремляющиеся к экватору. Они разделены безветренной полосой. Именно пассаты направляют тропические циклоны в западном направлении.

Западные ветры умеренного пояса представляют потоки воздуха, которые преобладают на умеренной широте – в зоне между 35 и 65 градусами северной и южной широты. Движутся они с запада на восток.

Восточные ветры полярных районов направляются из зон высокого давления в зоны низкого давления.

Сезонные

Сезонные ветры представлены одной категорией – муссонами. Они дуют в области тропиков на протяжении нескольких месяцев. При этом дважды в год муссоны резко меняют свое направление.

В летний период воздушные потоки движутся с океана на сушу, а зимой, наоборот – с материковой части в сторону океана. Муссоны приносят с собой большое количество осадков в теплое время года. Формирование ветров происходит на востоке и юго-востоке Азии.

Местные

Наибольшим разнообразием отличаются местные ветры. Среди них можно выделить следующие виды:

Бриз – теплый поток воздуха на стыке морских водоемов и береговой линии. Меняет направление два раза в сутки. Днем бриз дует с моря на сушу, ночью – с побережья в сторону моря.
Самум – сухой ветер пустынного типа, который переносит огромные песчаные массы. Встречается в африканских пустынях и на Аравийском полуострове.
Сирокко – воздушные потоки над Северной Африкой и Средиземноморьем, которые имеют юго-западное и южное направление.
Бора – ветры, формируемые на территориях, где горы граничат с морями. Температура потоков зависит от времени года. Направление – с гор к морю.
Фён – ветер, дующий порывами с гор в направлении долин. Отличается сухостью и возникает из-за перепада высоты на небольшой территории. Распространен в горных районах Северной Америки, Евразии.
Суховей – возникает в умеренном поясе над степями и пустынями. Воздух сухой и горячий.
Нордер – ветер, наблюдаемый в Мексиканском заливе и дующий с севера.
Зюйд – название обозначает южный ветер, встречающийся на северном полюсе.
Зефир – воздушный поток в восточной части Средиземноморья, возникающий в теплое время года.

Также бывают необычные виды ветров, такие как торнадо (ураган, встречающийся в Северной Америке), хабуб (африканские песчаные бури), близзард (канадский буран наподобие сибирской пурги), хамсин (горячий штормовой ветер в Саудовской Аравии, длящийся около 50 дней) и другие.

Песчаная буря – хабуб

От чего зависит скорость и сила ветра

Ветер имеет разную скорость и силу. Скорость измеряют в м/с или км/ч. Для определения силы движущегося воздуха разработана шкала в баллах.

Перепады давления в атмосфере бывают разными. Сила воздушного потока зависит от этих перепадов. Скорость воздушного потока будет больше, если разность в давлении велика.

Перемещающийся воздух действует на всё, что встречает на своём пути. Чем больше одна величина, тем больше будет и другая.

Рассмотрим основные показатели:

Сильный ветер оценивают в 6 баллов. Скорость порывов достигает 39-49 км/ч. На море образуются большие волны, на суше качаются деревья.
Очень сильный ветер оценивается в 7-8 баллов. Скорость порывов воздуха доходит до 50-60 км/ч. Ломаются ветки деревьев, может быть сорвана черепица и шифер с крыш домов.
Самый сильный ветер называют ураганом. На суше он бывает редко. Оценивается 12 баллами. Скорость порывов может достигать более 100 км/ч. Такое воздушное течение причиняет большие разрушения.
Максимальная скорость порывов связана с торнадо. Она более 400 км/ч.

Все перемелется

О том, как люди используют силу ветра, рассказывает богатая мукомольная история человечества. За две сотни лет до н. э. в Персии работали ветряные мельницы с вертикальной осью вращения (в Китае они появились еще раньше). Мы привыкли к изображениям мельницы с крыльями в виде огромного осевого вентилятора. Движение вертикальных лопастей напоминало кружение юлы.

Чем характеризуется ветер

Скорость

Каждый замечал, что ветер дует с различной скоростью. Иногда его нет вовсе, а иногда он настолько сильный, что даже “с ног сбивает”. Скорость ветра может сказать о многом, а в географии для изучения этого параметра используется специальная шкала Бофорта. Она состоит из 12 баллов, где 0 — штиль (ветра нет), а 12 — ураган.

Скорость ветра всегда измеряется в метрах в секунду. Если говорить о земной поверхности, то чаще всего ветер здесь дует со скоростью до 8 м/с. Для измерения скорости используется анемометр. Этот прибор устанавливается на высоте 2 метра на открытой местности.

Скорость ветра напрямую зависит от разницы атмосферного давления: чем больше разница, тем ветер дует сильнее. Для понимания того, как в географии это условие отрабатывает на практике, рассмотрим ситуацию когда у нас нет данных о скорости, но есть данные об уровне атмосферного давления в разных регионах:

НП “1” 770 мм рт ст -> НП ”2” 750 ммрт ст
НП “1” 770 мм рт ст -> НП ”2” 740 ммрт ст

Из условия выше мы можем посчитать разницу, которая для условия №1 составляет 20 пунктов, а для условия №2 — 30 пунктов. Поэтому только на основе этих данных можно утверждать, что при вторых данных скорость ветра будет выше.

Направление ветра

В географии для определения направления ветра используется прибор флюгер. Главная особенность этого прибора заключается в том, что он устанавливается на открытой местности, и может свободно вращаться на своей оси. В результате, по позиции, которую занимают флюгер можно определить господствующее направление ветра. Обычно флюгер устанавливаются на высоте от 10 до 13 м, и очень важно, чтобы место установки было на открытом пространстве.

Если говорить о направлении, то оно определяется по стороне откуда берет начало ветер. Например, если воздушные массы перемещаются с юга на север, можно говорить о южном ветре. Само по себе направление ветра может дать непосредственное знание о погоде, которая может с этим ветром прийти, а также позволяет метеорологом создавать карту розы ветров, чтобы понимать, какое направление движения ветра и воздушных масс является наиболее вероятным в конкретное время года в конкретном регионе. Роза ветров обычно строятся за месяц или больший период времени, а карта выглядит примерно следующим образом.

В одном из следующих материалов мы поговорим о том, что собой представляет роза ветров более подробно, а сейчас можно сказать только то, что этот график показывает доминирование определенного направления ветра. В данном случае мы видим доминирование северного ветра надо южном.

Читайте также: