Немецкие педагоги предложили простой и необычный способ определения тропосферного температурного градиента, который можно проделать, не выходя из дома. Он основан на данных сервиса Flightradar24, который позволяет узнать не только информацию о рейсе воздушного судна, но и ряд физических характеристик, включая высоту и температуру за бортом. Измеренная таким способом зависимость температуры от высоты, как и ожидалось, оказалась линейной. Исследование опубликовано в The Physics Teacher.
Взращивание молодых физиков-экспериментаторов — это длительный и сложный процесс. Он будет эффективнее, если будущий ученый будет формировать навыки грамотной работы с физическим опытом еще со школьной скамьи и продолжит делать это в университете. В этот период подростков и молодых людей редко допускают до манипуляций со сложным лабораторным оборудованием, без которого почти невозможно получить новые научные результаты.
Стандартной педагогической практикой стало задавать ученикам лабораторные работы по измерению хорошо известных в физике величин, например, скорости звука или постоянной свободного падения. Такие эксперименты зачастую можно провести в домашних условиях. Но очень часто преподаватели изобретают дешевые эксперименты, которые позволяют исследовать более сложные физические явления, например, оптические спектры, флуоресцентную визуализацию или акустическую дисперсию.
Другим примером такого подхода можно назвать идею об измерении тропосферного температурного градиента с помощью приложения Flightradar24, предложенную немецкими педагогами Патриком Фогтом (Patrik Vogt) из Педагогического института в Рейнланд-Пфальце и Лутцем Каспером (Lutz Kasper) из Педагогического университета в Швебиш-Гмюнде. Обычно для измерения профиля температуры в атмосфере необходимо использовать сложные метеорологические станции или зонды. Авторы же показали, как эту информацию можно получить с помощью смартфона, не выходя из дома.
Flightradar24 — это сервис, позволяющий в реальном времени следить за перемещением самолетов. В первую очередь пользователей сервиса и соответствующего мобильного приложения интересует взлет и пункт назначения, расстояние от наблюдателя, авиакомпания, тип и фото самолета. Тем не менее, Flightradar24 предоставляет и некоторые физические данные: текущую высоту самолета, его скорость и положение, скорость ветра и температуру за бортом.
Авторы исследования предложили использовать эту информацию, чтобы построить зависимость температуры воздуха от высоты, фиксируя данные о взлетающем и садящемся самолете. Типичный авиалайнер достигает высоты в 11 километров в среднем за 15 минут. Его полет проходит в тропосфере, для которой характерен линейный спад температуры с высотой.
Ученые проиллюстрировали работоспособность своего метода на примере полета лайнера Airbus A321-271NX, летевшем из Франкфурта в Барселону 24 июля 2019 года. Как и ожидалось, зависимость температуры от высоты очень хорошо описалась линейной функцией с температурным градиентом, равным −0,81 градуса на сто метров высоты. Это значение оказалось близким к величине −0,65 градуса на сто метров — градиенту стандартной атмосферы, используемому Международной организацией гражданской авиации.
Ранее мы рассказывали, как сервис Flightradar24 публиковал подборки «открыток», посвященных Рождеству и Дню святого Валентина, которые рисовали в небе самолеты своими траекториями.