Физические явления в природе: Гроза

Российская Федерация

Челябинская область

Брединский район

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ  ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КНЯЖЕНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА

457323  п. Княженский, ул. Генерала Григорьева 36, Брединского района, Челябинской области.

Проектная работа
по физике
«Физические явления в природе: Гроза»

Выполнили:

Цыс Вероника,

 Набиуллина Римма

учащиеся 7 класса

Руководитель :Клексина М.И.,

учитель физики и математики

2016

Оглавление

1. Введение
1.1 Актуальность темы проекта	3
1.2 Цели и задачи исследовательской работы	3
2. Теоретический материал
2. 1 История изучения грозы	4
2.2 Возникновение молнии и грозовых разрядов	6
2.3 Виды молний 2.4 Что такое гром?	8 9
3. Практическая часть
3.1 Правила поведения во время грозы	10
4. Заключение	12
5.Список источников и использованной литературы	13

---

Гроза прошла, и ветка белых роз
В окно мне дышит ароматом…
Еще трава полна прозрачных слез,
И гром вдали гремит раскатом.

Александр Блок

1. Введение

1.1 Актуальность темы проекта

Большую роль в понимании явлений природы и сохранении устойчивого окружающего мира играет ФИЗИКА, так как в основе большинства природных и технологических  процессов лежат физические явления, описываемые физическими законами. Если мы будем знать причины опасных явлений в окружающей среде, то сумеем найти способы их устранения или использования.                                         

1.2 Цели и задачи исследовательской работы

Цель работы: изучение природных электрических явлений – грозы и молнии.

Задачи работы: 

1.Познакомиться с историей изучения грозы;
2.Узнать причину возникновения данного природного явления;
3.Рассмотреть сопутствующие грозе явления: гром и молния;
4.Разработать правила поведения во время грозы

Объекты исследования: электрические явления

Предмет исследования: молнии различных типов, возникающие во время грозы

Методы:   сравнительно-аналитический, частично- поисковый, анализ, синтез.

2.Теоретический материал

2.1. История изучения грозы

Уже в XVII веке высказывались предположения, что молния – это гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры, проскакивающей между двумя разноимённо заряженными шариками. А проскакивает молния между двумя разноименно заряженными грозовыми облаками или между грозовым облаком и землей.

        Исследования атмосферного электричества проводились во многих странах, но наибольший вклад в создание теории атмосферного электричества внесли российские академики Михаил Васильевич Ломоносов и Георг Рихман, и американский исследователь Бенджамин Франклин.

Бенджамин Франклин — выдающийся американский политический деятель, один из разработчиков американской Декларации независимости, занимался физикой всего семь лет, но сделать успел очень много. Франклин провел знаменитый опыт с воздушным змеем, запуская его при приближении грозовых туч. К верхнему концу вертикальной планки крестовины змея он прикрепил заостренную проволоку. Как только змей оказывался под грозовой тучей, заостренная проволока начинала извлекать из тучи электрический огонь. Таким образом в 1752 г. было доказано, что грозовые облака действительно сильно заряжены.

Михаил Васильевич Ломоносов  и его друг Георг Рихман  в 1752-1753 гг. совместно проводили исследования атмосферного электричества, с помощью изобретенного Рихманом электрического указателя — прообраза электрометра. Рихман установил электрическое состояние атмосферы в отсутствие грома и молнии. А Ломоносов разработал теорию образования атмосферного электричества, происхождение которого он связывал с восходящими и нисходящими потоками воздуха.

У себя дома Георг Рихман устроил экспериментальную установку по изучению грозовых разрядов — «громовую машину». 26 июля 1753 г. во время сильной грозы, когда ученый приблизился к электрометру «грозовой машины» на расстояние 30см, неожиданно из толстого железного прута прямо в него ударил бледно-синий огненный шар величиной с кулак. Это была шаровая молния. Раздался оглушительный взрыв и Рихман упал замертво.

Ломоносов тяжело переживал смерть своего друга и сделал все от него зависящее, чтобы имя Георга Рихмана навсегда осталось в истории науки.

Электрическую сущность грозовых явлений Ломоносов изложил в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих ». В результате своих исследований атмосферного электричества М. В. Ломоносов и В. Франклин пришли к заключению, что человек может отвлечь молнию от своих жилищ с помощью высоких заземлённых металлических стержней- «громоотводов » или, как их правильно называть, молниеотводов. Первый в мире молниеотвод в июне 1754 г. Водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии Прокоп Дивиш.

9. 2.2Возникновение молнии и грозовых разрядов

Гроза — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом.

Рассекающая небеса молния вызывает страх. Так было тысячи лет назад. Так происходит и сегодня. Как бы ни храбрились люди, но немногие спокойно себя чувствуют, когда над головой возникают стрелы молний и грохочут раскаты грома. Учёные подсчитали, что ежегодно на нашей планете бушует 44 тысячи гроз и каждую секунду в землю вонзается 100 молний. Казалось бы, это явление должно уже быть хорошо изучено. И все же во многих случаях оно продолжает оставаться загадкой.

Молниями называют мощные электрические разряды в атмосфере, которые могут возникать как между отдельными кучевыми облаками, так и между дождевыми облаками и землей. Молния – это своего рода гигантская электрическая дуга, длина которой в среднем составляет 2,5 – 3 километра. О невероятной силе молний говорит тот факт, что ток в разряде достигает десятков тысяч ампер, а напряжение – нескольких миллионов вольт. С учетом того, что такая фантастическая мощность высвобождается в течении нескольких миллисекунд, разряд молнии вполне можно назвать своего рода электрическим взрывом невероятной силы. Понятно, что подобная детонация неизбежно вызывает появление ударной волны, которая затем вырождается в звуковую, и затухает по мере распространения в воздушной среде. Таким образом становиться очевидным, что такое гром.

Молнии вызываются статическим электричеством. Оно обладает точно такими же свойствами, как и электричество, вырабатываемое  искусственно, но образуется по–другому. Статическое электричество возникает естественным путём при трении двух веществ друг о друга. Молния возникает оттого, что частицы воды и воздуха, образующие облако, постоянно трутся друг о друга. При этом в облаке постепенно накапливается электрический заряд, который,  в конце концов ударяет в землю либо в другое облако в виде гигантской вспышки.

Возникновение молнии и грозовых разрядов

1. Внутри слоистых облаков возникают воздушные потоки, переносящие с места на место водяные капельки и крохотные льдинки.
2. По мере того, как частицы воды и льда «трутся» друг о друга, в облаке накапливается большой потенциал статического электричества.
3. Этот потенциал растет до тех пор, пока не разряжается гигантской искрой. Вы можете наблюдать эту искру в небе в виде вспышки молнии.
4. Молния, пронизывая воздух, очень сильно его нагревает. Нагретый воздух стремительно расширяется, как при взрыве, производя при этом рокочущий звук — раскат грома.
5. Вы легко можете определить, насколько далеко от вас гроза, если засечёте время между вспышкой молнии и первым после неё раскатом грома. Каждые пять секунд говорят о расстоянии примерно 2 км.

2.3 Виды молний

1. Плоская.
2. Линейная.
3. Чечеточная.
4. Шаровая.

Плоская молния представляет собой электрический разряд на поверхности облака, не имеет линейного характера

Линейная молния представляет собой искру длиной 1-10 км с разветвлениями, диаметром несколько сантиметров. Вспышка длится 0,01-0,1 с, температура превышает 25000°C. Часто происходит несколько повторных разрядов по одному и тому же каналу, при этом общая продолжительность вспышки может достигать 1 с и более

Чечеточная молния — разряд в виде цепочки отдельных точек и черточек. Чечеточная молния имеет ряд утолщений на канале разряда; это яркие светящиеся узелки, или «ракеты». Встречается очень редко.

Шаровая молния имеет сферическую форму,  диаметр 10-50 см, движется медленно, может существовать 1-2 минуты, после чего исчезает со взрывом или без взрыва. Встречается  редко.

2.4 Что такое гром?

Гром — это звуковые колебания, возникающие в атмосфере под влиянием ударной волны, вызванной мощным электрическим разрядом. С учетом того, что воздух в канале молнии мгновенно разогревается до температуры около 20 тысяч градусов, что превышает температуру поверхности Солнца, такой разряд неизбежно сопровождается оглушительным грохотом, как и любой другой очень мощный взрыв. Но ведь молния длиться меньше секунды, а гром мы слышим длинными раскатами. Отчего же так происходит, почему гремит гром? У ученых, изучающих атмосферные явления, есть ответ и на этот вопрос.

Почему мы слышим раскаты грома?

    Раскаты грома возникают в атмосфере из-за того, что молния, как мы уже говорили, имеет весьма большую длину и поэтому звук от различных ее участков доходит до нашего уха не одновременно, хотя саму световую вспышку мы видим целиком в один момент. Кроме того, возникновению громовых раскатов способствует отражение звуковых волн от облаков и поверхности земли, а также их рефракция и рассеивание.

3. Практическая часть

3.1. Правила поведения во время грозы

1. Если появились признаки приближения грозы, переждите ее в помещении.

2. Закройте окна, двери, дымоходы. Выключите телевизор, радио, электроприборы, телефон.

3. Держитесь дальше от электропроводки, антенны, окон, дверей.

4. Если гроза застала вас на улице, укройтесь в ближайшем здании.

5. Если гроза застала вас в парке, лесу, не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно таких, как дуб, тополь.

6. Если вы находитесь на возвышении, скале, в горах, немедленно спускайтесь вниз или ищите убежища в углублениях среди нагромождения камней.

7. Нельзя находиться на открытых незащищенных местах, вблизи металлических оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода и других объектов, которые с большой степенью вероятности могут быть поражены молнией.

8. Если гроза застала вас в водоеме, немедленно выбирайтесь на берег и отходите подальше от воды.

9. Почувствовав щекотание кожи, а также то, что у вас волосы поднимаются дыбом, знайте, что молния ударит поблизости от вас. Не раздумывая, бросайтесь ничком на землю – это уменьшит риск вашего поражения.

10. Если вы застигнуты грозой, будучи на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение, покиньте их и переждите грозу на расстоянии примерно 30 метров от них.

11. Если вы едете в машине, оставайтесь в ней. Закройте окна, опустите автомобильную антенну и остановитесь.

12. При отсутствии укрытия нужно лечь на землю, лучше на сухом песчаном грунте, удаленном от водоема. Если вам удобнее сидеть, то постарайтесь сжать колени вместе, обхватите их руками, опустите голову пониже.

13. Во время грозы не бегайте.

14. При встрече с шаровой молнией сохраняйте спокойствие и не двигайтесь. Не приближайтесь к ней, не касайтесь ее чем-либо, не убегайте от нее.

4. Заключение

Изучив это природное явление, стало понятно, что гроза хоть и явление по-своему красивое, таит в себе немалую опасность. В своей работе мы рассказали лишь об одном  природном явлении. Это только кажется, что такие бедствия происходят далеко от нас.

Таким образом, мы видим,  что нас окружают разнообразные природные явления и процессы, которые  уносят тысячи жизней. Именно изучение и прогнозирование таких явлений поможет нам избежать человеческих потерь.

5.Список источников и использованной литературы

Алексеева М.Н. (сост.). Физика — юным: Теплота. Электричество. Книга для внеклассного чтения. — М.: Просвещение, 1980. — 160 с.

Томилин Анатолий Николаевич. Мир Электричества.-М.:Дрофа,2004.

Л.Купер «Физика для всех. Введение в сущность и структуру физики». Том 1, Москва,1973 год

http://www.syl.ru/article/205425/new_chto-takoe-grom-grom-i-molniya—ustrashayuschee-yavlenie-prirodyi

Физики впервые запечатлели раскаты грома

12 мая 2015 10:15 Ася Горина

Исследователи записали акустические сигналы, создаваемые молнией
(иллюстрация International Center for Lightning Research).

Физики записали девять ударов молнии в землю и запечатлели звуковые подписи
(иллюстрация University of Florida, Florida Institute of Technology, and Southwest Research Institute).

Международная команда физиков продемонстрировала научному сообществу первые снимки раскатов грома. В рамках своего исследования учёные визуализировали звуковые волны, генерируемые искусственно созданной молнией. Новый подход, как ожидается, поможет в изучении этого природного феномена.

Учёные из Юго-Западного исследовательского института в США и их коллеги из Австралии создали первые снимки раскатов грома. Команда физиков визуализировала звуковые волны, генерируемые искусственно созданной молнией. Исследователи утверждают, что их подход поможет ответить на нерешённые вопросы о природе этого феномена.

Статистика гласит, что разряд молнии ударяет в землю в среднем четыре миллиона раз в день. Но даже несмотря на частоту этого явления, учёные до сих пор не до конца разобрались в природе грозы.

«Мы понимаем общую механику возникновения грома во время грозы, но не до конца осознаём, какие конкретные физические процессы сопровождают это явление. Также необходимо разобраться в том, как возникают молнии, что контролирует их движение сквозь атмосферу и как молнии поражают объекты на Земле», — рассказывает ведущий автор нового исследования Махер Даех (Maher Dayeh).

Формирование молнии начинается с наращивания электростатических зарядов в грозовых облаках. В определённый момент начинают формироваться каналы из отрицательно заряженного ионизированного воздуха, которые «растут» по направлению к Земле. Когда эти каналы достигают земли, то создаётся «мост» с низким сопротивлением, и положительно заряженные ионы (скопившиеся под грозовой тучей на поверхности) устремляются по нему вверх. Возникает молния, или разряд.

«Когда молния бьёт по чему-то на земле, то протекающий электрический ток нагревает воздушный канал до 27760 °С. Горячий канал быстро расширяется, в результате чего мы слышим гром», — рассказывает Джозеф Двайер (Joseph Dwyer) из Университета Нью-Гемпшира, соавтор исследования.

Чтобы изучить явление грома в подробностях, исследователи создали искусственную грозу на площадке в Международном центре изучения молний в штате Флорида, США. Для создания проводящего канала молнии физики запускали микроракеты в проходящие грозовые облака. Ракеты тащили за собой длинные медные провода, которые сработали как проводящий канал, через который должен был произойти разряд. Именно на этом канале физики и сконцентрировали внимание своих измерительных приборов.

Физики записали девять ударов молнии в землю и запечатлели звуковые подписи

(иллюстрация University of Florida, Florida Institute of Technology, and Southwest Research Institute).

Даех и его коллеги стремились записать акустическую подпись грома, и для того создали массив из 16 микрофонов, каждый из которых располагался на расстоянии метра от соседнего. Микрофоны выстроили в 95 метрах от площадки запуска ракет, куда должна была «ударить молния».

После каждого удара компьютер использовал методики постобработки для преобразования акустической записи в вертикальный профиль молнии и грома.

В ходе своей работы физики зарегистрировали девять случаев генерации грома и определили, что наиболее громкий раскат возникает в том месте, где разряд «касается» поверхности Земли.

Результаты эксперимента учёные описали в статье, принятой к публикации в журнал Geophysical Research Letters. Также итоги исследования будут представлены на ежегодном собрании Объединённой Ассамблеи (2015 Joint Assembly), которое пройдёт в Монреале, Канада.

Как рассказывается в пресс-релизе, в настоящее время учёные дорабатывают свою методику исследования, чтобы продолжить изучение природы грозы.

В ближайшем будущем они планируют поставить эксперимент с генерацией более естественной, извилистой зигзагообразной молнии. В таком опыте можно будет изучить в отдельности разные компоненты молнии, такие как импульсы тока и каналы разряда, и проанализировать их индивидуальные акустические сигналы.

наука молнии

Ранее по теме

• Молнии Америк побили сразу два мировых рекорда

• Как рождаются молнии? Учёные России предложили принципиально новое объяснение

• Физики нашли способ управлять молниями

• Метеорологи зафиксировали невиданные в истории молнии

• Новая модель поможет метеорологам прогнозировать появление молний

• Небеса американского штата Оклахома осветила рекордная молния

Существует ли шаровая молния? | Britannica

Mircea Madau

Более 200 лет назад экипаж HMS Warren Hastings сообщил, что на него напали гигантские огненные шары, спустившиеся с неба. Сообщается, что таинственные огненные шары подожгли корабль и убили несколько человек. Столетие спустя в коттедже, где останавливался британский оккультист Алистер Кроули, появился «ослепительный шар электрического огня», подробно описанный им в автобиографии. Он утверждал, что парящая сфера мгновенно взорвалась, слегка ударив его по руке. Пугающее, загадочное и потенциально опасное явление сегодня известно как шаровая молния.

Виды таинственных парящих светящихся шаров пленили человечество в самых разных культурах, вдохновив множество фантастических объяснений и мифических историй. В фольклоре австралийской глубинки их называют огнями Мин Мин — странные пушистые светящиеся шары, которые следуют за людьми по ночам. Японские хитодама — это призрачные огненные шары, которые, как считается, являются призраками душ, отделившихся от своих физических тел после смерти. В английском фольклоре их называют блуждающими огоньками, которые интерпретируются как озорные феи, которые пытаются сбить путешественников с пути. Ученые нашли возможные объяснения многим из них: некоторые считают, что огни Мин Мин — это просто миражи искусственного света, проецируемые на большие расстояния, в то время как блуждающие огоньки в основном объясняются химической реакцией органического распада в болотах. Таинственная шаровая молния — еще одно подобное явление, которое привлекло внимание ученых, но, в отличие от блуждающего огонька, его существование в основном ускользало от очевидного объяснения его существования. Хотя существует множество теорий, пытающихся объяснить его образование, некоторые утверждают, что это явление — не более чем галлюцинация и, следовательно, продукт гиперактивного воображения наблюдателей.

Шаровая молния, по мнению наблюдателей, проявляется в виде яркого шипящего шара молнии диаметром от 1 до 100 сантиметров, появляющегося во время грозы, часто парящего над землей и перемещающегося независимо от силы и направления ветра. Шаровая молния, часто окрашенная в красный, оранжевый, желтый или синий цвет, описывается как иногда проникающая в здания и взрывающаяся, поджигая территорию или даже раня людей поблизости. Многие наблюдатели также отмечают отчетливый сернистый запах после его исчезновения. Явление было описано во всем мире. Гравюра на дверях Золотого храма в Амритсаре, Индия, описывает, как шар молнии вошел и взорвался внутри храма, свидетелями которого стали сотни верующих. Император России Николай II описал встречу, в которой огненный шар молнии влетел в его комнату. Шаровая молния снова появилась и была задокументирована группой наблюдателей за штормами в Цинхае, Китай, в 2012 году. Несмотря на количество случаев, фото- и видеосвидетельства шаровой молнии крайне редки. Лабораторные попытки воссоздать и объяснить шаровую молнию не увенчались успехом, хотя некоторые из них обнадеживают.

Отсутствие конкретных доказательств существования шаровой молнии заставило некоторых исследователей поставить под сомнение существование шаровой молнии, выходящее за рамки анекдотов. Исследование, проведенное в 2010 году, показало, что электрические токи, вызванные молнией, могут влиять на зрительное восприятие, при этом наблюдатели часто сообщают, что видели движущиеся светящиеся диски после удара током. Хотя это, безусловно, может объяснить, почему шаровую молнию чаще всего можно увидеть во время грозы или после удара молнии, это не объясняет сообщения, в которых несколько очевидцев описывают одни и те же детали или когда шаровая молния наносит физический ущерб окружающей среде после взрыва. Зрительное восприятие также не учитывает другие ощущения, такие как обычное описание похожего на серу запаха шаровой молнии после ее исчезновения.

Если шаровая молния существует, у ученых нет единого мнения о том, как и почему она возникает. Существует множество конкурирующих теорий, пытающихся расшифровать природу шаровой молнии. Одно из наиболее значительных исследований было проведено русским исследователем Петром Капицей, который предположил, что шаровая молния была вызвана стоячими волнами электромагнитного излучения, хотя эта теория подвергалась критике и подвергалась сомнению другими учеными. Другие предложения по фундаментальному определению шаровой молнии варьируются от микроволнового излучения, захваченного в плазме, до нанобатарей, образованных из аэрозольных частиц. Один из самых захватывающих случаев исследования шаровой молнии произошел, когда она рассматривалась как тип оружия. В 19В 60-х годах правительство США исследовало возможность использования энергии шаровой молнии для разработки плазменного оружия. В начале 2000-х Агентство противоракетной обороны профинансировало разработку шаровой молнии, способной выводить из строя электронные устройства и ракеты. Однако по состоянию на 2020 год такого оружия не существует.

Шаровая молния веками одновременно поражала воображение людей и не имела четкого научного объяснения. Хотя мы этого не понимаем, на самом деле шаровые молнии нередко можно увидеть — некоторые статистические данные утверждают, что частота их возникновения такая же, как и у обычных ударов молнии. Будем надеяться, что в эту эпоху почти повсеместных камер будет больше доказательств для анализа и обсуждения.

Периодически слышу истории о шаровых молниях. Существует ли это явление на самом деле? Мог ли шар плазмы оставаться стабильным в течение нескольких секунд, как утверждают некоторые исследователи?

Шаровая молния может быть более экзотичной, чем искры микроволновки, но большинство ученых убеждены, что она не менее реальна. Мартин А. Уман, председатель на факультете электротехники и вычислительной техники Университета Флориды в Гейнсвилле объясняет:

«Шаровая молния — это хорошо задокументированное явление в том смысле, что оно было замечено и последовательно описано людьми во всех сферах жизни со времен древних греки. Не существует общепринятой теории того, что вызывает это. Он не обязательно состоит из плазмы; например, шаровая молния может быть результатом хемилюминесцентный процесс. Литература изобилует рассуждениями о физике шаровой молнии».0027

Питер Х. Гендель в факультет физики и астрономии Университета Миссури в Сент-Луисе представил подробный обзор и выдвинул свою излюбленную модель шаровая молния:

«Согласно статистическим исследованиям, проведенным Дж. Р. МакНалли в 1960 г. (Дж. Р. МакНалли, «Предварительный отчет о шаровых Lightning» в Proceedings of the Second Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American Physical Society , Gatlinburg, № 2АД5 [1960], Paper J-15, pp. 1AD25), шаровую молнию видели 5 процентов населения Земли. Этот процент примерно равен как часть населения, которая видела обычную молнию с близкого расстояния, т. е. достаточно близко, чтобы увидеть непосредственную точку молнии. воздействие молнии.

«Шаровая молния наблюдалась и описывалась с древних времен, часто группами людей, и регистрировалась во многих местах. описывается как светящаяся сфера, чаще всего размером с голову маленького ребенка. Появляется обычно во время грозы, иногда в течение нескольких секунды молнии, но иногда без явной связи с молнией. В некоторых случаях шаровая молния появляется после грозы. еще до этого. Его время жизни варьируется в широких пределах, от нескольких секунд до нескольких минут; средняя продолжительность составляет около 25 секунд. Срок службы шаровая молния имеет тенденцию увеличиваться с размером и уменьшаться с яркостью. Мячи, которые кажутся отчетливо оранжевыми и синими, служат дольше, чем в среднем. Многие из этих общих характеристик основаны на работах А.

И. Григорьева, проанализировавшего более 10 000 случаев шаровой молнии (А. Григорьев, «Статистический анализ свойств шаровой молнии», в Наука о шаровой молнии , под редакцией Ю. Х. Оцуки, World Scientific Publishing Co., Сингапур, 1988, стр. 88AD134).

«Шаровая молния обычно движется параллельно земле, но совершает вертикальные прыжки. Иногда спускается с облаков, иногда внезапно материализуется в помещении или на улице или входит в комнату через закрытое или открытое окно, через тонкие неметаллические стены или через дымоход. Проходя через закрытые окна, шаровая молния повреждает их маленькими дырочками. около трети времени. Шары не имеют заметного эффекта плавучести. Все эти качества привели великого русского физика Петра Капицу в 1955 интерпретировать шаровую молнию как безэлектродный разряд, вызванный стоячими СВЧ-волнами неизвестного происхождения, присутствующими между землей и облако; более ранние версии этой идеи восходят к 1930-м годам.

«С тех пор ученые усовершенствовали предположение Капицы. Теория Мазера-Солитона, который я впервые описал в 1975 г. (П. Х. Гендель, «Мазерная теория шаровой молнии» в Бюллетене Американского физического общества , серия II, том 20). [1975], № 26), представляет собой современный вариант метода УВЧ-разряда. Я руководил исследованиями теории Мазера-Солитона в Курчатовский научный центр в Москве с 19 лет92. Согласно этой теории, наружная шаровая молния вызывается атмосферным мазером — аналогом к лазеру, но работающему на гораздо более низкой энергии — имеющему объем порядка многих кубических километров.

«С технической точки зрения мазер генерируется инверсией населенностей, вызванной на уровнях энергии вращения молекул воды коротким импульсом поля, связанным с полосой молния. Большой объем воздуха, затронутый ударом, затрудняет выход фотонов до того, как они вызовут «микроволновое усиление». вынужденным излучением» (мазерный эффект). Если только объем воздуха не очень велик или он не заключен в проводящую полость (как в случае шаровой молнии в самолетах или подводных лодках, а в некоторой степени и в помещении), столкновения между молекулами будут потреблять всю энергию инверсия населенностей. Если объем большой, мазер может генерировать локализованное электрическое поле или солитон, который приводит к возникновению наблюдаемого шара. молния. Однако такой разряд еще не был создан в лаборатории.

«Мазер-солитонная теория поддерживается тремя хорошо известными факты. Во-первых, шаровая молния никогда не возникает на острых горных пиках, высотных зданиях и других высоких точках, привлекающих молнии и используемых для исследования молний специалистами по атмосферному электричеству. (Исследователь молний Карл Бергер сказал мне, что провел свою жизнь, регистрируя и измеряя сотни тысяч разрядов молнии попали в его лабораторию на вершине горы Сальваторе в Лугано, Италия, без единого следа от шара молнии.) Невозможность наблюдать шаровую молнию в таких условиях привела к повсеместному разочарованию и даже скептицизму в отношении реальности явление. Но на самом деле импульс поля молнии, бьющей в высокие, остроконечные объекты, локализован в узком конусе, охватывающем относительно небольшой объем. Согласно теории мазера-солитона, эта среда исключает мазер-эффект. С другой стороны, при попадании молнии в равнины, результирующий импульс поля огромен: около 10 километров в ширину и три километра в высоту. Таким образом, шаровая молния хранит свои тайны: она посещает фермер и избегает ученого!

«Во-вторых, шаровая молния безвредна внутри самолетов и подводных лодок или в домах, имеющих токопроводящий каркас. Опять же, в соответствии с теорией мазера-солитона, энергия мазера в таких условиях ограничена примерно 10 джоулями (в отличие от предела в 10 джоулей). от 10 ⁹ до 10 ¹⁰ Дж на открытом воздухе), слишком мало, чтобы быть опасным для жизни.

«И в-третьих, шаровая молния под открытым небом часто заканчивается сильным взрывом, иногда причиняющим значительный ущерб. Взрыв особенно странен, потому что он сильно смещает проводящие объекты в большей степени, чем диэлектрики. Например, электрические распределительные коробки иногда извлекаются из стен домов с помощью наружная шаровая молния и брошенная посреди улицы. Мазер-солитонная теория предсказывает, что такие всплески будут происходить, когда нагрузка внезапно исчезает. (Когда разряд, который поглощал фотоны, генерируемые мазером, внезапно исчезает, эти фотоны оживают. дольше и мгновенно размножаться, не ограничиваясь мазерным эффектом. Это распространение вызывает еще большую мгновенную лавину фотонов и практически мгновенный экспоненциальный рост электрического поля. Увеличение происходит слишком быстро, чтобы вызвать электрический пробой или нагрев, но может вызвать очень большие «пондеромоторные силы» — механические эффекты, которые могут разорвать составные объекты с различной диэлектрической проницаемостью.)

«Первые эксперименты с шаровой молнией УВЧ-разряда, проведенные Оцуки и Офурутоном в Японии (Ю. Х. Оцуки и Х. Офурутон, «Плазменный Огненные шары, образованные микроволновыми помехами в воздухе »в Nature Vol. 350 (1991), стр. 139) и вышеупомянутое исследование в Курчатовском в Москве (Жильцов В.А., С9. Маныкин А. , Петренко Е.А., Сковорода А.А., Лейтнер Дж.Ф., Гендель П.Х. Пространственно локализованное микроволновое излучение). Разряд в атмосфере», в JETP Vol. 81 [1995], с. 1072-81) помогли решить загадку шаровой молнии. Теперь, когда мы кажется, понимают истинную природу шаровой молнии, особенно прискорбно, что в США нет средств для изучения и контролируемое воспроизведение этого увлекательного явления.

«Центром изучения шаровой молнии станет Пятый международный симпозиум. на Ball Lightning 26–29 августа 1997 г., организованный Ю. Х. Оцуки и Х. Офурутоном из Токийского столичного колледжа аэронавтики. Инжиниринг (для получения информации отправьте электронное письмо по адресу [email protected]). Я буду США представитель шаровой молнии в Международном комитете; Со мной можно связаться по адресу: [email protected]»

---

Научное сообщество все больше убежден, что шаровая молния — реальное явление (хотя и остаются некоторые скептики). С другой стороны, причиной возникновения шаровой молнии может быть источник постоянных споров. Ранее мы запускали вышеуказанную теорию. Джон Лоук, физик плазмы из Института промышленных технологий CSIRO, в Австралии предлагает другую теорию об этом явлении:

«Хотя есть по крайней мере один учебник по молнии, который ставит под сомнение существование шаровой молнии, и я никогда не видел это явление лично, я чувствую, что нет никаких сомнений в том, что шаровая молния существует. Я говорил шести очевидцам явлений и не сомневаюсь в достоверности их наблюдений. Кроме того, отчеты все удивительно похожи и имеют общие черты с сотнями наблюдений, которые появляются в литературе.

«Шаровая молния» обычно описывается как светящийся шар диаметром от одного до 25 сантиметров, имеющий интенсивность примерно 20-ваттной лампы накаливания; феномен обычно возникает после удара молнии. Он почти всегда движется, развивает максимальную скорость около трех метров в секунду и парит примерно в метре над землей. земля. Движение может противодействовать преобладающему ветру и может беспорядочно менять направление. Шаровая молния может длиться до 10 секунд, после чего шар гаснет либо бесшумно, либо с треском. Было много наблюдений за шаровыми молниями внутри домов и даже в самолеты. Также имел место ряд наблюдений за прохождением шаровой молнии через закрытые стеклянные окна без видимых повреждений оконного стекла. стекло. Обычно заметного выделения тепла не происходит, хотя недавнее наблюдение сообщило об опаленной деревянной доске. Несколько человек сообщили о запахе озона и оксидов азота, связанном с шаровой молнией, а также о статике в транзисторном радиоприемнике.

«Учёные десятилетиями пытался сформулировать правдоподобное объяснение существования стабильного плазменного шара. Горячий шар плазмы должен подняться, как горячий воздух. воздушный шар, однако наблюдения обычно не сообщают о таком поведении. Почему такой мяч движется, как правило, против ветра? Какой источник энергии поддерживает шар молнии, учитывая, что такой шар должен был бы быстро уменьшаться в интенсивности?

«Были сотни статей, и по крайней мере, три книги, посвященные шаровой молнии. Большинство теорий поднимают больше вопросов, чем претендуют на решение. Вероятно, самой известной теорией была выдвинул российский лауреат Нобелевской премии Петр Капица, утверждавший, что шаровая молния вызывается стоячей волной электромагнитного поля. излучение. Но почему должна быть стоячая волна электромагнитного излучения? Другие теории утверждают различные источники энергии для мяча. молния, в том числе атомная энергия, антиматерия, горящий материал или электрическое поле облака.

«Общепринятой теории шаровая молния. У меня есть собственная теория, опубликованная в Journal of Physics D: Applied Physics («Теория шаровой молнии как электрического поля»). Разряд» в т. 29, № 5, стр. 1237-1244; май 1996 г.). Я предполагаю, что шаровая молния питается электрическим полем, связанным заряды в земле после удара молнии. Движение шара контролируется скоростью электрического заряда, когда он рассеивается в заземление после начального периода электрического «пробая», который происходит в момент удара.