Образование облаков

МБОУ « Высоковская средняя общеобразовательная школа»
Зырянского района
Выполнила: Нижевич Екатерина
Ученица 5 класса
Руководитель: учитель физики и
математики Антипкина Е.В.
Высокое 2012 г.
1
Содержание.
Введение------------------------------------------------------------------------------ 3
1. Теоретическая часть.
1.1. Образование облаков--------------------------------------------4-5
1.2. Охлаждение воздуха---------------------------------------------- 5
1.3. Конвергенция------------------------------------------------------- 5-6
1.4. Классификация облаков----------------------------------------- 6-19
1.5. Осадки---------------------------------------------------------------- 19
1.6. Знаете ли вы?------------------------------------------------------- 20-21
2. Создание облака в домашних условиях.
2.1. Облако в кувшине------------------------------------------------ 22
2.2. Конденсация воды----------------------------------------------- 22
Заключение----------------------------------------------------------------------- 23
Список литературы-------------------------------------------------------------- 24
2
Введение.
В третьем классе в предмете «Окружающий мир» я впервые познакомилась с
такими понятиями как испарение и конденсация. Солнечные лучи нагревают
поверхность нашей планеты и испаряют при этом огромное количество
влаги. Водяные пары поднимаются с поверхности морей, океанов, озер, рек,
из почвы. Воду испаряют все растения. Эти пары выдыхают все животные.
Круговорот воды осуществляется в любое время года, даже в сильный мороз.
В воздухе образуются мельчайшие капельки воды или кристаллики льда –
они образуют знакомые нам всем облака. Воздушные течения разносят пары
воды и облака над землей. После этого я стала чаще обращать внимание на
небо, по которому плывут различной формы и цвета облака. Белоснежное
облако в летний день и облако, несущее дождь, облака низкие и чуть видные
в вышине. Что же такое облако? Откуда они берутся? Какое влияние
оказывают на окружающий мир? Мне захотелось как можно больше узнать
об образовании облаков, от чего зависит их цвет и форма. Можно ли самому
в домашних условиях создать свое маленькое облачко? За помощью я
обратилась к учителю физики Екатерине Владимировне, и она предложила
мне выполнить реферат на данную тему..
Объект данного реферата – облака.
Цель данной работы: образование облаков и создание облака в
домашних условиях.
Задачи:
1. Изучить образование облаков.
3
2. Рассмотреть, от чего зависит цвет и форма облаков.
3. Создать в домашних условиях свое маленькое облако.
Методы исследования:
- анализ и синтез;
Эмпирические методы:
- сравнение;
- эксперимент.
1. Теоретическая часть.
1.1. Образование облаков.
Облака – массы переносимого по воздуху водяного пара – закрывают около
50% земной поверхности в любой данный момент времени. Они являются
частью круговорота воды в природе – процесса, обеспечивающего все живое
на Земле пресной водой. Новые запасы воды практически не образуются.
Идущий сегодня дождь выпадал уже миллионы раз в прошлом. Солнце
нагревает океаны и озера, и миллионы литров воды испаряются –
поднимаются в воздух в виде невидимого водяного пара. Поднимаясь, пар
охлаждается и вновь переходит в жидкое (вода) или твердое (лед) состояние,
образуя видимые массы – облака. Влага возвращается на Землю в виде
осадков (дождя, мокрого снега, снега, града, росы или инея), уносимых
реками и ручьями опять в океан, и цикл повторяется.
Облака состоят из воды или льда. Водяной пар, испаряющийся с поверхности
морей и океанов, присутствует повсеместно в атмосфере. Его количество в
данном объеме воздуха определяет относительную влажность последнего.
Чем выше температура, тем больше водяного пара может содержаться в
воздухе. Если в воздухе содержится максимально возможное для данной
4
температуры количество водяного пара, он считается насыщенным, а его
относительная влажность равна 100%. Соответствующая температура
называется точкой росы. Конденсация – это процесс перехода водяного пара
в жидкое или твердое состояние, имеющий место, когда содержащий
парвоздух остывает и становится насыщенным.Количество воды, которое
содержится во всех облаках Земли, постоянное, приблизительно 500000
кубических км. , т.е. воды в них столько же, сколько в кубе, наполненном
водой, сторона которого 80 км.
1.2.Охлаждение воздуха
Воздух может охладиться в результате подъема, например, перетекая через
холмы. При этом он расширяется ввиду падения давления, используя часть
своего тепла. Когда температура падает до определенной отметки, избыток
водяного пара конденсируется в капельки воды – так образуются облака.
Есть четыре основных причины подъема воздуха, что приводит к его
охлаждению, конденсации и образованию облаков. Первая из них –
турбулентность, вызванная резким изменением направления и скорости ветра
и создающая необходимые для облакообразования условия. Вторая причина
– орографический подъем воздуха при его прохождении над холмами и
горами. В этом случае могут образоваться облака разных видов: горный
туман, облачная шапка, флагоподобные, чечевицеобразные и вихревые
облака.
5
1.3.Конвергенция
Подъем воздушных масс может происходить и внутри огромных погодных
систем – циклонов (областей низкого давления). Большие гряды облаков
формируются, когда холодные воздушные массы конвергируют (сходятся) с
теплыми и влажными массами, «сражаясь» за свободное пространство.
Холодный и плотный воздух вытесняет вверх более легкий и теплый. Такой
фронт часто приносит обильные осадки и затяжные дожди. Форма облаков
определяется природой восходящего движения воздушных масс. Слоистые
облака обычно образуются медленно восходящими потоками воздуха (5-10
см/сек.), а кучевые – теплым воздухом, поднимающимся с поверхности со
скоростью минимум в 100 раз больше указанной выше. Этот процесс
конвекции – четвертая причина подъема облакообразующих воздушных
масс. Ученые обнаружили, что воздушные потоки в этих облаках могут
подниматься со скоростью до 100 км/ч, а высота их подъема во многом
зависит от того, устойчив или неустойчив воздух, через который они
проходят. При подъеме на каждые 100 м воздух в облаке охлаждается на ГС.
Если температура окружающего воздуха падает с большей скоростью,
данный поток будет продолжать подниматься – такие условия считаются
устойчивыми. Если же окружающий воздух охлаждается медленнее,
восходящие потоки вскоре достигнут той же температуры, и подъем
прекратится. Это неустойчивые условия.
1.4.Классификация облаков
Облака бывают разной формы, размеров и цветов под влиянием многих
процессов, задействованных в их образовании. Древние ученые пытались
описать и классифицировать озадачивающее разнообразие наблюдаемых ими
облаков задолго до того, как стали понимать причины их формирования.
Одним из первых среди них был французский натуралист и родоначальник
теории эволюции Жан Батист Ламарк (1744-1829). В 1802 г. он предложил
6
классифицировать облака по трем ярусам и пяти типам. Ламарк считал, что
облака образуются не случайно, а в результате ряда обстоятельств, хотя и не
знал, каких именно. В том же году английский химик Люк Говард разработал
классификацию, включающую три главных типа облаков, и дал им латинские
названия: Cirrus – перистые, Cumulus – кучевые и Stratus – слоистые. Эти
основные термины используются и сегодня. В 1896 г. был опубликован
первый «Международный атлас облаков». В то время облака все еще
считались постоянными, а не динамичными массами. Но к 1930-м гг. стало
ясно, что каждое облако имеет свой жизненный цикл. Сегодня Всемирная
метеорологическая организация (ВМО) различает 10 основных типов
облаков в соответствии с их высотой и формой. Каждый тип имеет
общепринятое сокращенное обозначение.
Облака верхнего яруса (в средних широтах высота от 6 до 13 км)
Перистые
Состоят из отдельных перистообразных элементов в виде тонких белых
нитей или белых (или в большей части белых) клочьев и вытянутых гряд.
Имеют волокнистую структуру и/или шелковистый блеск. Наблюдаются в
верхней тропосфере, иногда на высотах тропопаузы или непосредственно
под нею (в средних широтах их основания чаще всего лежат на высотах 6-8
км, в тропических от 6 до 18 км, в полярных от 3 до 8 км). Видимость внутри
облака — 150—500 м. Построены из ледяных кристаллов, достаточно
крупных для того, чтобы иметь заметную скорость падения; поэтому они
имеют значительное вертикальное протяжение (от сотен метров до
нескольких километров). Однако сдвиг ветра и различия в размерах
кристаллов приводят к тому, что нити перистых облаков скошены и
искривлены. Хорошо выраженных явлений гало перистые облака обычно не
дают вследствие своей расчленённости и малости отдельных облачных
образований. Данные облака характерны для переднего края облачной
системы теплого фронта или фронта окклюзии, связанной с восходящим
7
скольжением.
Они
часто
развиваются
также
в
антициклонической
обстановке, иногда являются частями или остатками ледяных вершин
(наковален) кучево-дождевых облаков.
Различаются виды: нитевидные, когтевидные, башенкообразные, плотные,
хлопьевидные и разновидности: перепутанные, радиальные, хребтовидные,
двойные.
Перисто-кучевые
Их часто называют «барашки». Очень высокие небольшие шаровидные
облака, вытянутые в линии. Похожи на спины скумбрий или рябь на
прибрежном песке. Высота нижней границы — 6-8 км, вертикальная
протяжённость — до 1 км, видимость внутри — 5509-10000 м. Являются
признаком повышения температуры. Нередко наблюдаются вместе с
перистыми
или
перисто-слоистыми
облаками.
Часто
являются
предшественниками шторма. При этих облаках наблюдается — радужное
окрашивание края облаков.
8
Перисто-слоистые
Парусоподобные облака верхнего яруса, состоящие из кристалликов льда.
Имеют вид однородной, белесоватой пелены. Высота нижней кромки — 6-8
км, вертикальная протяжённость колеблется от нескольких сотен метров до
нескольких километров (2-6 и более), видимость внутри облака — 50-200 м.
Перисто-слоистые облака относительно прозрачны, так что солнце или луна
могут быть отчётливо видны сквозь них. Эти облака верхнего яруса обычно
образуются, когда обширные пласты воздуха поднимаются вверх за счет
многоуровневой конвергенции. Перисто-слоистые облака характеризуются
тем, что часто дают явления гало вокруг солнца или луны. Гало являются
результатом преломления света кристаллами льда, из которых состоит
облако. Перисто-слоистые облака, однако, имеют склонность уплотняться
при приближении теплого фронта, что означает увеличение образования
9
кристаллов льда. Вследствие этого гало постепенно исчезает, и солнце (или
луна) становятся менее заметными.
Облака среднего яруса (в средних широтах высота от 2 до 7 км)
Высоко-кучевые
Высоко-кучевые облака — типичная облачность для теплого сезона. Серые,
белые, или синеватого цвета облака в виде волн и гряд, состоящих из хлопьев
и пластин, разделённых просветами. Высота нижней границы — 2-6 км,
вертикальная протяжённость — до нескольких сотен метров, видимость
внутри облака — 50-80 м. Располагаются, как правило, над местами,
обращёнными к солнцу. Иногда достигают стадии мощных кучевых облаков.
10
Высоко-кучевые облака обычно возникают в результате поднятия теплых
воздушных масс, а также при наступлении холодного фронта, который
вытесняет теплый воздух вверх. Поэтому наличие высоко-кучевых облаков
теплым и влажным летним утром предвещает скорое появление грозовых
облаков или перемену погоды.
[Высоко-слоистые
Имеют вид однородной или слабовыраженной волнистой пелены серого или
синеватого цвета, Солнце и Луна, обычно, просвечивают, но слабо. Высота
нижней границы — 3-5 км, вертикальная протяжённость — 1-4 км,
видимость в облаках — 25-40 м. Эти облака состоят из ледяных кристаллов,
11
переохлажденных капель воды и снежинок. Высоко-слоистые облака могут
приносить обложной дождь или снег.
12
Облака нижнего яруса (в средних широтах высота до 2 км)
Слоисто-дождевые
Слоисто-дождевые облака тёмно-серые, в виде сплошного слоя. При осадках
он кажется однородным, в перерывах между выпадением осадков заметна
некая неоднородность и даже некоторая волнистость слоя. От слоистых
облаков отличаются более тёмным и синеватым цветом, неоднородностью
строения и наличием обложных осадков. Высота нижней границы — 0,1-1
км, толщина — до нескольких километровш
13
Слоисто-кучевые
Серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных
просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров.
Состоят преимущественно из капель воды. Толщина слоя от 200 до 800 м.
Солнце и луна могут просвечивать только сквозь тонкие края облаков.
Осадки, как правило, не выпадают. Из слоисто-кучевых не просвечивающих
облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки.
14
Слоистые.
Слоистые облака образуют однородный слой, сходный с туманом, но
расположенном на высоте в десятки или даже сотни метров. Обычно они
закрывают всё небо, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных
облачных масс. Нижний край этих облаков может опускаться очень низко;
иногда они сливаются с наземным туманом. Толщина их невелика — десятки
и сотни метров.
Облака вертикального развития (облака конвекции)
Кучевые.
Кучевые облака — плотные, днём ярко-белые облака со значительным
вертикальным развитием (до 5км и более). Верхние части кучевых облаков
15
имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями. Обычно кучевые
облака возникают как облака конвекции в холодных воздушных массах.
Кучево-дождевые.
Кучево-дождевые — мощные и плотные облака с сильным вертикальным
развитием (до высоты 14 км), дающие обильные ливневые осадки с мощным
градом и грозовыми явлениями. Кучево-дождевые облака развиваются из
мощных кучевых облаков. Они могут образовывать линию, которая
называется линией шквалов. Нижние уровни кучево-дождевых облаков
состоят в основном из капелек воды, в то время как на более высоких
уровнях, где температуры намного ниже 0 °C, преобладают кристаллики
льда.
16
Слоистые
туманообразные
облака
—
равномерный
облачный
слой
желтовато-серого или серого цвета. Образуется при охлаждении нижнего
слоя воздуха поверхностью во время ночи или при охлаждении тёплого
воздуха, двигающегося над холодной поверхностью. Облака такого типа
сходны с туманом, но их основание обычно находится на высоте от 0,1 до 0,7
км, хотя может и сливаться с туманом. Иногда из этих облаков выпадают
осадки, чаще всего в виде мелкого снега или мороси.
Серебристые облака формируются в верхних слоях атмосферы. Эти облака
находятся на высоте приблизительно 80 км. Их можно наблюдать
непосредственно после заката или перед восходом Солнца. Серебристые
облака были обнаружены только в 20 веке.
17
Перламутровые облака образуются в небе на больших высотах (около 20-30
км) и состоящие, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых
капель воды.
Вымеобразные или трубчатые облака — облака, основание которых имеет
специфическую ячеистую или сумчатую форму. Встречаются редко,
преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием
тропических циклонов.
18
Лентикулярные (линзовидные) облака образуются на гребнях воздушных
волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих
облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер.
Поток
воздуха,
проносящийся
над
земной
поверхностью,
обтекает
препятствия, и при этом образуются воздушные волны. Обычно зависают с
подветренной стороны горных хребтов, за хребтами и отдельными
вершинами на высоте от двух до пятнадцати километров.
19
Пирокумулятивные облака или пирокумулюс — конвективные (кучевые или
кучево-дождевые)
облака,
вызванные
пожаром
или
вулканической
активностью. Эти облака получили своё название оттого, что огонь создает
конвективные восходящие потоки, которые по мере подъёма при достижении
уровня конденсации приводят к образованию облаков — сначала кучевых, а
при благоприятных условиях — и кучево-дождевых. В этом случае
возможны грозы; удары молнии из этого облака тогда вызывают новые
возгорания.
20
1.5.Осадки
Содержащаяся в облаках влага выпадает на землю в разных видах, включая
два основных – дождь и снег. Крошечные капельки водяного пара в облаке
не висят, а движутся вверх-вниз. Опускаясь, они сливаются с другими
капельками воды, пока их вес не позволит им пробиться сквозь восходящий
воздух. Этот процесс называется коалесценция (слияние). Если облако
находится в небе, а воздух, через который проходит дождь, теплый и сухой,
21
дождь может испариться, до того, как достигнет Земли. В более холодном
климате дождь в большинстве случаев начинается в форме снежинок или
ледяных кристаллов. В зависимости от того, насколько высоко располагается
облако и насколько теплым будет воздух, эти кристаллы упадут на Землю
либо в виде снега или дождя со снегом. Многие жители сельской местности
способны прогнозировать погоду, путем изучения облаков. Красные облака
на небе во время заката часто гарантируют ясную погоду на следующий день.
Облака медного оттенка с яркими серебристыми краями несут грозы летом и
град зимой. Рассветное небо, покрытое кроваво-красными пятнами,
предвещает бурю. Затерявшиеся в море моряки могут с помощью облаков
найти путь к суше. Кудрявые облака на горизонте часто образуются над
островами.
1.6.Знаете ли вы?

Небо в «барашках» перисто-кучевых облаков нередко предвещает
окончание периода установившейся погоды. Перистые облака часто
указывают на изменение погоды. Кучево- дождевые облака обычно
приносят грозы с дождем, снегом или градом.

Самые высокие облака – перистые. Они могут достигать высоты 18
км (вдвое выше горы Эверест) и содержать до полумиллиона тонн
влаги.

Чтобы искусственно вызвать дождь, облака с самолета
бомбардируют кристаллами йодистого серебра. Вода вокруг них
конденсируется и выпадает в виде дождя или снега.

Облака всегда занимали важное место в фольклоре, в том числе
связанном с погодой: «Из большой тучи, да малая капля», «Смотреть
тучей», «Витать в облаках», «Быть как в тумане», «У каждой тучи
светлая каемка» и др.
22

Самое влажное место на планете – остров Кауаи (Гавайские острова,
США). Здесь дождь идет в среднем 335 (иногда и 350) дней в году.

Капли воды в облаке могут оставаться в жидком состоянии при
температурах значительно ниже 0°С (до -15°С). В этом случае их
называют переохлажденными.

Если на облака смотреть сверху, они часто выглядят как полосы или
волны. Такие очертания (называемые облачными улицами) они
приобретают под действием ветров.
 Помимо Земли облака наблюдаются на всех планетах-гигантах, на
Марсе, Венере, спутниках Титане и Тритоне. Внеземные облака имеют
разную природу, например, на Венере наиболее мощный облачный слой
состоит преимущественно из серной кислоты; облака Титана
являются источником метановых дождей при температуре −180°С.
 Кроме всего прочего, облака — известный лирический образ,
используемый многими поэтами (Державин, Пушкин) в своих
произведениях, писатели часто обращаются к этому образу, если
требуется описать нечто высокое, мягкое или недосягаемое. Они
ассоциируются с покоем, мягкостью и безмятежностью. Облака часто
олицетворяют, придавая им мягкие черты характера.
В вышине облака величаво
Бороздя океаны небес,
Солнце в ярких кудряшках играет,
Вслед верхушками машет им лес.
Вы плывете за дальние дали,
Посмотреть как Земля хороша,
Как рассвет и закаты сияют
И блестит ранним утром роса.
23
2. Создание облака в домашних условиях.
2.1. Облако в кувшине.
В домашних условиях можно создать маленькое облачко.
Для этого потребуется:
- большой кувшин из прочного стекла;
- контейнер для льда.
Ход работы.
1. Нальем в кувшин очень горячую воду. Пар поднимается из кувшина.
24
2. Поднесем кувшин со льдом к кувшину. Водяной пар конденсируется:
он превращается в крошечные капли воды во взвешенном состоянии –
это облако.
2.2.Конденсация воды.
Охлаждаясь, водяной пар превращается в капли воды.
Для этого потребуется:
- чайник с горячей водой;
- металлический ковш;
- стекло.
Ход работы.
1. К горячему чайнику поднесем холодный металлический ковш, металл
запотеет, на нм появятся капли. Так происходит конденсация.
2. Когда вы дышите на стекло, теплый воздух твоих легких соприкасается
с холодным стеклом и на стекле конденсируется влага.
Реактивные самолеты оставляют за собой белые дорожки. Это водяной пар,
содержащийся в выхлопных газах, который конденсируется в виде капелек
воды или кристалликов льда. Может ли самолет пролететь сквозь облако?
Как правило, самолет легко может пролететь сквозь облако, так как капельки
воды, из которых оно состоит, настолько малы, что ни-как не могут повлиять
на полет. Полет сквозь облако похож на ныряние в тумане туман, по сути,
представляет собой очень низкое облако. Сквозь грозовые тучи пилоты
летать вообще избегают. Часто они пролетают над ними, потому что
воздушные потоки, дождь, град или молния во время грозы могут создавать
воздушные ямы, а из-за них полет становится опасным.
Вывод: Водяной пар конденсируется, соприкасаясь с очень холодными
предметами. Так образуется облако.
25
Заключение.
Наша атмосфера заполнена плавающими молекулами воды, или водяным
паром. Источником этой влаги являются массивы и влажная почва, под
действием солнечного тепла эта влага испаряется, т.е. превращается в пар, а
пар поднимается вверх. При охлаждении этот пар конденсируется,
превращаясь в капельки. Из скопления этих капелек – а их миллионы –
образуются облака или тучи, которые остаются висеть в воздухе. Капельки в
облаках крошечные: для того чтобы получилась одна дождевая капля,
требуется миллион таких капелек. Когда из туч на землю идет дождь или
падает снег, большая часть влаги, в конце концов, возвращается в океаны,
озера и реки.
В результате написания реферата я узнала, как образовываются облака, от
чего зависит их цвет и форма. В домашних условиях могу получить
маленькое облако. По виду я могу предсказать погоду. Знания, полученные в
ходе написания реферата, мне пригодятся при изучении курса физики в
школе. Цель, поставленная мною, достигнута.
26
Список литературы.
1. Джуди Галенс, Нэнси Пир « Книга ответов для почемучки» Книжный
клуб. Харьков 2006.
2. Занимательные опыты и эксперименты. Под редакцией Ф. Ола.- М.:
Айрис-пресс, 2007.
3. Большая серия знаний. Физика./ - М.: ООО ТД Издательство «Мир
книги», 2006
4. Занимательная физика./ Я.И. Перельман.-М.: АСТ, 2005.
27
28