В данной работе рассматриваются основные проблемы современной экологии с позиции физики. Проведение мероприятия в год экологии способствует развитию интереса к предмету и воспитывает уважение к окружающей среде.
Ключевые слова: физика, экология, физические загрязнения
Вступительное слово учителя:
В настоящее время очень много уделяется внимания экологической обстановки окружающей среды. Как связана физика с экологией? Как описать природные явления с физической точки зрения? Что такое физические загрязнения? Сегодня мы постараемся дать ответы на эти вопросы.
Девизом игры я предлагаю взять слова:
“В ногу со временем иди,
Но Земле не навреди!”
Первый гейм «Дальше, дальше…» Каждой команде будет задано по 9 вопросов, на которые вы должны ответить в течение 1 минуты. Примерные вопросы:
- Входит в состав атмосферы в количестве 21 %. Необходим для жизни человеку.
- Выделяется при горении. Вреден для человека.
- Образуется при грозе, защищает Землю.
- Соком жизни на Земле Леонардо да Винчи назвал…
- Приводит к мутации и уничтожению живых организмов…
- Характеризует содержание водяных паров в атмосфере…
- Совокупность непериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения всякий неблагоприятный воспринимаемый звук.
- Электромагнитные волны, доступные для восприятия глазом.
- Грозная расплата за курение — это…
- Используют в медицине (способно убивать вредоносные микроорганизмы), используются для загара, а также в фотографиях. …
- Что не слышит человек, а слышат рыбы и медузы?
- Имеются над Антарктидой.
- 4-й такт в ДВС, приводящий к загрязнению окружающей среды.
- Дельфины, летучие мыши издают, но это разрушает камни в почках.
- Радиоактивный газ, который скапливается в плохо проветриваемых помещениях.
- Допустим, что в атмосферу попали в равных количествах атомы радиоактивных веществ с разными периодами полураспада. Какое из них таит в себе наибольшую биологическую опасность?
- Питьевой воды на Земле во многих местах не хватает. Её приходится получать из морской воды — либо выпариванием, либо вымораживанием. Какой способ выгоднее?
- Что является самым экологическим источником энергии?
Второй гейм «Ты мне, я тебе»
Команды обмениваются вопросами, которые придумали дома (на обдумывание 1 мин.)
Правильный ответ оценивается в 1 балл.
Примерные вопросы:
- В цехе завода всегда должен быть свежий воздух. Где нужно установить вытяжной вентилятор: ближе к полу или к потолку, если в цехе возможно скопление водяного пара, хлора, аммиака? Есть ли смысл открывать форточки, если за окнами холодно и идёт дождь?
Ответ. Вытяжной вентилятор устанавливается в зависимости от плотности удаляемого вещества: для пара и аммиака — ближе к потолку, для хлора — ближе к полу. Форточки открывать целесообразно: давление пара в цехе всегда больше (температура выше), поэтому он будет выходить, и воздух станет суше.
- Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть и бензин — всё равно, что сжигать ассигнации. Сейчас на улицах появились автомобили «на водороде». Каковы преимущества этого горючего?
Ответ. Водород дешевле, добывается из воды, которой на Земле много, при сгорании не даёт ядовитых отходов, его можно хранить в больших количествах в специальных баках и перекачивать по трубопроводам на значительные расстояния.
- Как объяснить такое достаточно грозное природное явление, как сползание снежных лавин с гор?
Ответ. Так как температура плавления вещества с увеличением давления повышается, то в первую очередь весной начинает плавиться подошва лавины, и последняя устремляется по склону горы вниз с большой скоростью.
- В России есть два моря, представляющие собой сообщающиеся сосуды, — Азовское и Чёрное, причём одно почти пресное, а другое солёное. Не может ли вода, перетекающая из одного моря в другое через Керченский пролив, пагубно отзываться на жизни морских обитателей?
Ответ. Азовское море пополняют пресной водой реки Дон и Кубань, но перетекание из него воды в случае подъёма её уровня не представляет опасности для обитателей Чёрного моря. В засушливые же годы это пополнение ослабевает, уровень воды в Азовском море понижается, солёная вода из Чёрного моря частично перетекает в Азовское и губит в нём пресноводную рыбу.
- Что является одним из наиболее опасных загрязнителей морей? Как бороться с этим загрязнением?
Ответ: это — нефть. Она попадает в окружающую среду в результате процесса добычи и всевозможных аварий. Страдают люди и обитатели моря. Но некоторые бактерии находят ее вкусной. Это — бактерии нефтееды. Но при авариях выливается такое количество нефти, с которым бактерии не могут справиться. Люди научились искусственно выращивать «лечебные» бактерии для моря. Их хранят в сухом виде. При авариях — высевают на нефтяное пятно.
- Чем так опасны синтетические моющие средства?
Ответ: стиральный порошок, мыло, шампунь, сода являются серьезными загрязнителями воды и почвы. Они изменяют поверхностное натяжение воды, нарушая жизнедеятельность многих организмов, которые обитают на границе раздела воды и воздуха. Попадая в водоемы, они затрудняют доступ кислорода. Моющие средства губительно действуют на икру рыб и развитие земноводных. Фосфор, которым так богаты моющие средства, способствует росту водорослей (вода цветет). Моющие средства изготавливаются на основе синтетических веществ, что затрудняет их разложение в природной среде.
Третий гейм «Физические загрязнения»
Вопросы с домашней подготовкой. Каждый вопрос пронумерован. Капитан команды выбирает номер. За отказ от ответа снимается 2 балла.
Полный ответ оценивается 2 балла.
Неполный ответ оценивается 1 балл.
- Несколько дней в 1952 г. Лондон был окутан столь густым и чёрным туманом (смогом), что видимость была минимальной и в городе погибло около 4 тыс. человек. За последние 10 лет лондонские туманы стали относительно слабыми. Одна из причин этого заключается в том, что сейчас там для отопления очень редко используют уголь. Объясните этот факт.
Ответ. Туман образуется тогда, когда влажный воздух, излучая тепло в пространство, охлаждается, и избыток водяного пара конденсируется. Когда в воздухе содержится большое количество центров конденсации (например, частичек угольной пыли), то происходит интенсивная конденсация при влажности 100 % и образуется густой туман; если к тому же слой тёплого воздуха располагается над слоем холодного, то промышленные загрязнения с капельками влаги удерживаются вблизи земли, порождая смог. Уменьшение числа котельных, выбрасывающих в атмосферу твердые продукты сгорания угля, заметно снижают количество центров конденсации, и туманы ослабевают.
- Электростатические фильтры, применяемые на тепловых электростанциях и других предприятиях для улавливания твердых частиц из дыма, представляют собой металлические трубы с протянутой вдоль их оси проволокой. Проволока заряжена положительно, а труба отрицательно. Как действует такой фильтр?
Ответ. Частицы дыма несут положительный заряд, поэтому они движутся под действием электрического поля к внутренней поверхности трубы, где и оседают.
- Какой частоты звук слышит человек? (16–20 кГц)?
Как влияет инфразвук на человека?
Ответ: Небольшое поглощение и низкое рассеяние — способствует перемещению инфразвука на дальние расстояния. Природу буквально пронизывает инфразвук. Это вызывается многими явлениями, среди которых и резкие перепады давления, и извержения вулканов, и сейсмическая активность, и ураганы, а также многие другие факторы. Эти волны провоцируют утрату чувствительности органов, предназначенных для регулировки равновесия тела. В свою очередь, эта утрата является причиной для возникновения ушных болей, повреждений мозга, болей в позвоночнике. Некоторые ученые и психологи считают, что инфразвук — это основная и наиболее серьезная причина психологических расстройств. Это может выражаться как в недомогании, ухудшении памяти, так и в повышении количества суицидальных попыток.
Человек, хотя и не слышит инфразвука ушами, он слышит его всем своим телом. Инфразвук на человека может воздействовать по-разному, он может совпадать со многими процессами, происходящими в организме человека. Ведь многие органы также создают определенные звуки. Например, сердце при сокращении создает инфразвук с частотой 1–2 Гц, мозг в период сна — от 0,5 до 3,5 Гц, а в период его активной работы — от 14 до 35 Гц. Естественно, что если внешние инфразвуковые колебания каким-то образом совпадут с колебаниями, происходящими в организме человека, то последние будут только усиливаться. А это усиление может, в конечном счете привести к повреждению органа, его расстройству или вообще к разрыву. При частоте колебаний в 4–8 Гц обнаруживается опасный резонанс брюшной полости.
- Стекло, хорошо пропуская видимый свет, не пропускает теплового излучения. Объясните на основе этого устройство парников и теплиц.
Ответ. Стеклянное покрытие парника, пропуская солнечный свет, не «выпускает» из него внутреннюю энергию в виде теплового излучения. Возникает так называемый парниковый эффект, благоприятный для растений: обеспечивающий им свет и тепло.
- Будут ли затоплены материки Мировым океаном, если весь плавающий в нем лёд по каким-нибудь причинам растает?
Ответ. Нет. Вес льда равен весу воды, получившейся из него при таянии, следовательно (по закону плавания тел), вода займет объем погруженной части льда. Поэтому, если плавающий лед растает, уровень Мирового океана не изменится.
- Длина взлетной полосы на аэродроме 675 метров. Каково ускорение и скорость самолета, если он, двигаясь по ней равноускоренно, взлетел через 15 секунд?
Какой экологический вред наносят природе и человеку взлетающие самолеты.
Ответ. Пользуясь при решении формулами
a=2S/t2 и V=at
Ученики получают: а=6 м/с2 и V=90 м/с.
Обращаем внимание, что движение такого массивного самолета с таким ускорением требует, чтобы его двигатели при взлете развивали большую мощность, а это предопределяет значительный расход энергии. Таким образом, авиация, обладая многими преимуществами по сравнению с другими транспортными средствами, не лишена главного недостатка: она тоже (и в значительных количествах) загрязняет атмосферу. Так, в результате сжигания в самолетных двигателях горючего в воздух попадают более 200 химических соединений, часть из которых вредные. Среди них, например, сернистый ангидрид, который соединяясь с атмосферной влагой, образует сернистую и серную кислоты («кислотные дожди»). И хотя главный источник сернистого ангидрида — промышленные выбросы, чтобы ограничить его попадание в атмосферу, надо думать и о совершенствовании авиационных двигателей, создании новых их конструкций, менее загрязняющих атмосферу. Самолеты издают еще и интенсивный шум, особенно при взлете и посадке, что тоже является отрицательным экологическим фактором. Уровень шума современного реактивного самолета при взлете равен 130–140 децибел. Такой шум способен вызвать у человека болевые ощущения, поскольку это величина порога выносливости человеческого уха. Болевой порог 140 децибел. А в кабине современного самолета шум иногда достигает 100 Дб, что нарушает комфорт, мешает пассажирам отдыхать и разговаривать. Многие современные авиадвигатели комплектуются звукопоглощающей облицовкой внутренних каналов. Она представлена перфорированными пластинами, которые размещены на небольшом расстоянии от жесткой стенки. Пространство между стенкой и пластинами заполняют сотовым заполнителем. Чтобы снизить уровень шума в кабине самолета, применяют звукоизолирующие и звукопоглощающие материалы. Их укладывают между внутренними панелями салонов и обшивкой в несколько слоев.
- Шум — только враг или он может приносить пользу?
Ответ. Известно, что звуковые волны «шумового» типа способны рассеивать и осаждать пыль. Это свойство используется, в частности, для очистки воздуха в заводских цехах.
- Как вы считаете, в чём положительное экологическое значение перехода от химической энергетики к ядерной?
Ответ. Ядерные реакторы не потребляют кислорода, не выделяют дыма и выхлопных газов.
- Чем опасно электромагнитное излучение?
Ответ: Электромагнитные волны, проходя сквозь тело, приводят в возбужденное состояние электроны в различных веществах. За счет притока внешней энергии, которую приносит излучение, внутри организма повышается интенсивность реакций и процессов. Например, известно, что излучение частотой 850 МГц приводит к увеличению силы взаимодействия молекул воды на огромную величину — 11 порядков! Вследствие этого, во-первых, вещества разогреваются; во-вторых, происходит ионизация молекул живой ткани; в-третьих, после воздействия электромагнитного поля в тканях возникают вторичные, более слабые излучения.
Наиболее чувствительны к действию излучения ткани с интенсивным делением клеток. При облучении они чаще всего подвергаются разрушению и мутациям. В человеческом организме такие ткани имеются, прежде всего, в гонадах (половых железах), красном костном мозге, щитовидной железе, слизистых оболочках желудочно-кишечного тракта, мышцах, хрусталике глаза и т. д.
Электромагнитное загрязнение окружающей среды начинается с общего для всего живого компонента — воды. Под воздействием поля меняются свойство воды, что сказывается на скорости реакций, проходящих в организме. Живущие в растительном мире насекомые, по-своему реагируют на воздействие излучений. Некоторые виды, в зависимости от строения тела и способа жизни, замедляют свое развитие и рост, может быть потеря ориентации или повышенная агрессивность. Но основная реакция — это стремление избежать воздействия поля линий электропередач.
- В чем опасность радиоактивного излучения? Как можно защититься?
Ответ: В основе биологического действия радиоактивного излучения лежит:
Ионизация живой ткани.
Разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений.
Нарушения обмена веществ и в результате гибели клетки.
Появление опасных заболеваний –лучевой болезни.
Защита от внешнего излучения есть комбинация трех факторов: времени, расстояния и материала.
Чем меньше находишься в поле ионизирующего излучения, тем лучше.
Чем дальше, тем лучше, т. к. плотность потока ионизирующего излучения точечного источника убывает пропорционально квадрату расстояния от него.
Бетонная стена задерживает все виды радиационного излучения
Самые эффективные радиационно-защитные вещества: цистеин, цистамин, мочевина. Лечение представляет собой очистку тела от радиоизотопов. Для этого применяют различные методы промывания, адсорбенты (как правило, это соли некоторых органических кислот). При тяжелых реакторных авариях, в частности в Чернобыле, применялась йодная блокада. Щитовидная железа на некоторое время насыщается йодом «досыта», после чего другой радиоактивный йод ею не усваивается и быстро выводится из организма естественным путем.
Заключительное слово учителя:
Еще в тридцатые годы прошлого века австрийский исследователь В.Шаубергер писал «Человек должен быть слугой у Природы». По моему мнению, человек должен осознать свою основную миссии на Земле. Вторжение человека в природу уже не может быть хаотичным и безграничным, в противном случае цивилизация окажется перед экологической катастрофой.
Давайте будем внимательнее, добрее к себе и к окружающей природе.
Литература:
- Ребко Т. М. Классификация, примеры и функции задач по физике с эколого-краеведческим содержанием // Фiзiка: праблемы выкладання. — 1999. — № 3. — С. 82–95.
- Кузнецов В. Н. Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии. — М.: Дрофа, 2002.-128 с.
- А. С. Степановских. Экология. Учебник для вузов. М.:ЮНИТИ_ДАНА,2001.-703с.
- https://doc4web.ru/fizika/voprosi-i-zadachi-s-ekologicheskim-soderzhaniem-pri-izuchenii-ra.html
- http://ocean.phys.msu.ru/ecophys/ecophys-6.pdf
