Iarnă. Afară nu e foarte frig și ninge. Pune-ți mâneca sub fulgii care cad - câți fulgi de nea se împletesc cu marginile lor înțepătoare! Și fiecare dintre ele poate fi privit mult timp - modelul său unic este atât de frumos și perfect. Cum sunt formate?
Dar din ceruri
De fiecare dată, o examinare atentă a unui fulg de nea obișnuit provoacă surpriză și încântare. În timp ce explora acest fenomen meteorologic în urmă cu aproximativ 400 de ani, astronomul german Johannes Kepler a fost primul care a descris științific ce sunt fulgii de zăpadă în tratatul său „Cadoul de Anul Nou. Despre fulgii de nea hexagonali.” Ulterior, mulți cercetători din diferite țări au studiat acest fenomen natural. În urmă cu peste trei sute de ani, fulgii de zăpadă au fost examinați pentru prima dată cu ajutorul unui microscop și schițați. Fotografii au contribuit și ei la cunoașterea acestui miracol de iarnă. Metoda originală de fotografiere a fulgilor de zăpadă a fost inventată de fotograful rus A. A. Sigson la sfârșitul secolului al XIX-lea.
A filmat aproximativ 200 de forme diferite de fulgi de nea. Cu toate acestea, americanul Wilson Bentley a reușit să facă cele mai multe fotografii de stele înghețate - aproximativ 5000! Colecția sa de fotografii cu fulgi de zăpadă este încă cea mai faimoasă.
Apă solidă
Cum se formează astfel de linii perfecte în natură, ca și cum ar fi fost desenate dintr-un desen? Atmosfera Pământului conține multă apă din cauza evaporării constante. De la straturile mai calde de aer se deplasează la cele reci, cu temperaturi sub zero, și îngheață acolo. Se pare că răspunsul la întrebarea „ce sunt fulgii de zăpadă” este foarte simplu: sunt cristale de gheață. Se formează sus pe cer, unde este foarte frig, din vaporii de apă înghețați și cad încet. În drumul lor spre Pământ, metamorfoze complexe apar continuu cu ei.
Care este secretul formularului?
De ce sunt cristalele de gheață atât de diverse? Din ce este făcut un fulg de zăpadă și cum își ia forma? În primul rând, în norul de apă se formează cristale foarte mici. Destul de ciudat, în centrul fiecăruia dintre ele există de obicei o mică particule de praf, suflată în cer de vânt. Dimensiunea inițială a cristalului este de aproximativ 0,1 mm. Cum apar fulgii de zăpadă de pe astfel de slocuri de gheață? Norul se mișcă constant, iar temperatura din interiorul lui se schimbă. Ca urmare, în cristal apar transformări - acesta atrage continuu aceleași particule mici de apă înghețate, care se „lipesc” de el.
De aceea forma fulgilor de zăpadă este unică. Se schimbă cu temperatura ambiantă. Din experiență știm că cel mai adesea fulgii de zăpadă, formați din mulți fulgi de zăpadă mari, perfect chiar scânteietori, cad din cer la temperaturi sub zero de la -10 la 0 o C. Acest lucru se explică prin faptul că umiditatea aerului crește pe măsură ce temperatura se ridică și din aceasta din ce în ce mai multe cristale de apă care plutesc acolo se ciocnesc între ele și se conectează. Uneori există fulgi de zăpadă de dimensiuni pur și simplu gigantice. Cel mai mare dintre ele avea aproximativ 38 cm în diametru.
Soluția este în formula moleculară
O explicație științifică simplă poate fi întotdeauna găsită pentru orice fenomen natural. Să ne amintim lecțiile noastre de chimie pentru a înțelege ce este un fulg de zăpadă. Formula apei este H 2 O, molecula sa este formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Prin urmare, în stare solidă, apa formează cristale cu trei sau șase fețe. Așa se obțin flori de zăpadă cu șase vârfuri, cu un model unic complicat.
Noi conexiuni apar la nodurile rețelei cristaline hexagonale și devine mai complexă și crește în aceste direcții. Raze de gheață cu un model identic cresc pe fiecare față, deoarece creșterea cristalelor pe un fulg de zăpadă are loc sincron în aceleași condiții într-o singură perioadă de timp. Unghiul dintre ele poate fi de 600 sau 1200 de grade. Niciunul dintre fulgi de zăpadă nu îl repetă pe celălalt - acesta este principalul mister și atractivitatea acestei frumuseți înghețate.
Ușoară ca zăpada
După cum știm, zăpada este foarte slabă. Chestia este că atunci când se formează cristale de zăpadă de formă bizare, în interiorul lor se formează mai multe goluri de aer. Ce sunt fulgii de zăpadă, sau mai bine zis, cristalele lor? Acesta este un fel de plasă ajurata, umplută în proporție de 95% cu aer. Fulgii de zăpadă sunt cel mai ușor și mai voluminos tip de cristale de zăpadă. De obicei cântăresc aproximativ un miligram. Prin urmare, sunt foarte ușoare și plutesc liniștit în atmosferă, coborând treptat.
Traiectoria și viteza fiecărui cristal de gheață sunt individuale. Datorită acestui fapt, se mișcă în mase de aer cu diferite temperaturi și conținut de vapori de apă și formează modele unice care conțin până la 200 de cristale individuale. Fulgii de zăpadă sunt cea mai ușoară și mai voluminoasă varietate.
Zăpada vine și sub formă de pelete de zăpadă mici, înțepătoare - acolo cristalele sunt comprimate mai strâns. Un metru cub de zăpadă conține peste 300 de milioane de fulgi de zăpadă.
După cum știm, apa nu are culoare. Atunci de ce sunt fulgii de zăpadă și zăpada în general albe? Marginile lor reflectă lumina soarelui și, după cum știm, constă dintr-un spectru de culori în care culoarea albă se desparte. Acest lucru poate explica zăpadele „uimitoare” de diferite culori - între cristalele de apă, în funcție de diverse motive, diferite substanțe pot îngheța - de la alge roșii exotice până la praful de cărbune obișnuit.
Fulgi de nea din punct de vedere științific
Se pare că oamenii de știință studiază fulgii de zăpadă și chiar disting mai multe soiuri pe baza metodei de formare a cristalelor. Au venit cu diverse clasificări pentru ei, în care numărul de soiuri ajunge la 80. Cel mai simplu sistem de definire a fost propus în 1951 de Comisia pentru zăpadă și gheață a Asociației Internaționale de Hidrologie Științifică.
Include șapte tipuri de cristale:
- în formă de ac - alungită și ascuțită la capete, într-adevăr asemănătoare cu acele;
- în formă de stea - fulgi de zăpadă hexagonali clasici care au raze lungi și ascuțite cu un model complicat;
- plăci - seamănă cu hexagoane plate;
- coloane - tuburi subțiri umplute cu aer;
- dendrite voluminoase - mai mulți fulgi de zăpadă care s-au dezghețat și au înghețat din nou;
- coloane încoronate - cristale asemănătoare plăcilor, doar tridimensionale;
- cristale neregulate – cu raze sparte.
Iarna, fulgii de zăpadă nu arată întotdeauna ca o floare hexagonală perfectă. După cum am scris mai sus, acest lucru depinde de umiditate și temperatura aerului.
Miracol de pe meleagurile reci
După cum știm, vremea depinde de perioada anului și de gradul de distanță a zonei față de polii reci. Putem observa căderea fulgilor de zăpadă iarna doar în anumite zone de temperatură ale planetei.
Când temperatura aerului de lângă suprafața pământului este peste zero grade, zăpada pur și simplu nu ajunge la ea, se topește și se transformă în ploaie. Prin urmare, rezidenții multor țări situate în latitudini fierbinți sunt privați de posibilitatea de a observa acest fenomen natural în realitate - zăpadă. L-au văzut doar în poze. Și invers, există locuri pe planetă unde domnește iarna veșnică.
Lucrarea de proiect a elevului de clasa a IV-a Kravchenko Lada
Subiect: „...Fulgul de nea este alb, atât de pur, atât de îndrăzneț.”
Cine dintre noi nu a admirat fulgii de nea iarna? Mulți poeți au cântat frumusețea fulgilor de nea în operele lor. De exemplu, într-o lecție de lectură literară ni s-a prezentat poezia „Fulg de zăpadă” a lui K. Balmont, în care el admiră curajul, puritatea și ușurința unui mic fulg de nea. Ce este un fulg de nea?
În lecția despre lumea din jurul meu, am învățat că fiecare fulg de zăpadă este un mic cristal de gheață. Ce poate încânta un poet în acest mic cristal? Am devenit interesat de modul în care se formează fulgii de zăpadă. Cum arată ele?
Ţintă: observați fulgii de zăpadă ca corpuri cristaline și aflați
motivele formării lor.
Cristalele de zăpadă se formează în nori reci deasupra solului.
Deși credem că zăpada este „pură”, de fapt majoritatea fulgilor de nea
se formează în jurul unor mici particule de sol ridicate în sus de vânt. Bidon de vapori de apă
Înghețați și în jurul particulelor de fum. Deci fulgii de zăpadă sunt bucăți de pământ, poate chiar din grădina ta, acoperite doar cu gheață. Așa credeau ei înainte.
Dar, recent, o opinie diferită a apărut în rândul oamenilor de știință. Oameni de știință din Franța și
SUA au efectuat cercetări și au descoperit că fulgii de zăpadă se formează din cauza bacteriilor.
Este greu de spus care om de știință a fost primul care a studiat zăpada și structura fulgilor de nea, dar primul studiu științific publicat despre forma unui fulg de nea este considerat a fi un tratat
de genialul astronom Johannes Kepler, „Despre fulgii de zăpadă hexagonal”, publicat în 1611.
Kepler nu a reușit niciodată să găsească motivul pentru care fulgii de zăpadă au 6 raze, dar mai târziu oamenii de știință au descoperit că cheia formei unui fulg de zăpadă se află în molecula hexagonală de apă. Este o piramidă cu oxigen în centru și hidrogen în vârf.
Fiecare școlar cunoaște expresia că „nu sunt doi fulgi de zăpadă la fel”, iar pentru fulgii de zăpadă mari acest lucru este cu siguranță adevărat. Fulgii de zăpadă au mai mult de 100 de caracteristici diferite, ceea ce ne oferă numărul 10 până la a 158-a putere (adică 1 urmat de 158 zerouri) de opțiuni pentru crearea unui fulg de zăpadă. Este de aproximativ de două ori mai mulți atomi decât există în univers, așa că este foarte puțin probabil să găsiți doi la fel! Și deoarece creșterea unui fulg de zăpadă este rezultatul influențelor mediului,
chiar și cea mai mică schimbare de temperatură sau umiditate va schimba radical forma
fulgi de nea.
Pe măsură ce fulgul de nea crește, acesta devine mai greu și cade la pământ, schimbându-și forma. Dacă un fulg de zăpadă se învârte ca un vârf când cade, atunci forma lui este perfect simetrică. Dacă cade lateral sau altfel, atunci forma sa va fi asimetrică.
Cristalele care cad se lipesc împreună, formând fulgi de zăpadă.
Oamenii de știință spun că cristalele de zăpadă au patru tipuri principale de forme.
Cea mai simplă formă sunt cristalele lungi în formă de ac. Toate celelalte tipuri au șase
laturi, adică sunt hexagonale.
Cum arată fulgii de zăpadă? Am invitat copiii din clasă să deseneze fulgi de nea pentru a verifica dacă știu câte raze are un fulg de nea. Studiul a arătat că doar cinci copii din clasă știau că un fulg de zăpadă are șase brațe.
A doua zi am realizat un sondaj: de ce au desenat unii copii pe fulgi de nea?
mult mai multe raze decât este necesar. S-a dovedit că unii știau că un fulg de nea are 6 raze, dar la desen nu le-au dat atenție, iar restul au vrut să facă fulgul de nea mai pufos.
Concluzie: un fulg de zăpadă, indiferent de formă are, are șase raze, dar adesea, înfățișând
fulg de nea pe hârtie sau când facem o ambarcațiune „Fulg de nea”, nu ne gândim la asta și încercăm să facem fulgul de nea să arate frumos.
În timp ce lucram la acest proiect, am aflat că un fulg de zăpadă se formează din cristale, cristale din molecule de apă grupate în jurul unui fir de praf sau bacterii. Fiecare fulg de nea are șase laturi și formele lor nu se repetă. În timp ce am studiat formele fulgilor de nea, am aflat că forma lor depinde de mulți factori. Cum va crește un fulg de nea la un moment dat depinde de condițiile actuale din jurul fulgului de nea: umiditate, temperatură, presiune. Și chiar și cele mai minime modificări ale acestor parametri pot schimba cursul creșterii fulgilor de zăpadă.
Și încă câteva fapte interesante despre fulgii de zăpadă.
De ce este albă ca zăpada? Zăpada este o acumulare imensă, nenumărată de fulgi de zăpadă. Și un fulg de zăpadă este 95 din 100 la sută aer! Restul de 5 procente sunt apă. Un fulg de zăpadă este foarte ușor, așa că cade încet dintr-un nor, acoperind 900 de metri pe vreme calmă într-o oră.
Ai văzut cum scânteie fulgii de zăpadă? Lumina de toate frecvențele este reflectată pe suprafețele limită dintre cristale și aer și împrăștiată.
Fulgii de zăpadă nu formează întotdeauna stele hexagonale. Formele fulgilor de nea pot fi foarte diverse. Un fulg de zăpadă este un singur cristal de gheață, o variație a temei unui cristal hexagonal, dar care a crescut rapid în condiții de neechilibru. În anumite condiții, hexagoanele de gheață cresc intens de-a lungul axei lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă alungiți - fulgi de zăpadă colonari, fulgi de zăpadă cu ace.
Pune-ți o dorință - și cu siguranță se va împlini - dacă ai norocul să găsești un fulg de nea triunghiular.
Un fulg de zăpadă triunghiular se formează la o temperatură de aproximativ 2 grade sub zero.
Fulgii de nea alungiti cresc la temperaturi de minus 5 grade Celsius.
Fulg de zăpadă ca un copac, vedere laterală. Zăpada din copaci este cea mai bună pentru schi!!
Fulg de zăpadă făcut din picături de apă înghețată. Evident, în timpul călătoriei sale din cer pe pământ, s-a topit și a înghețat din nou și din nou...
Kenneth Liebrecht este autorul celei mai mari și mai diverse colecții de fulgi de zăpadă. A reuşit să creeze condiţii şiefectuează un experiment privind creșterea fulgilor de zăpadă .
Cel mai mare fulg de nea înregistrat a fost pe 28 ianuarie 1887, în timpul unei ninsori la Fort Keough, Montana, SUA; avea un diametru de 15 inci (aproximativ 38 cm), publicat în Monthly Weather Review, 1915, 73. În mod obișnuit, fulgii de zăpadă au aproximativ 5 mm în diametru și cântăresc 0,004 g.
Timp de finalizare a lucrărilor
ianuarie-februarie 2014
Pentru a înțelege de ce fulgii de zăpadă arată atât de frumos, trebuie să luăm în considerare istoria de viață a unui cristal de zăpadă.
Fulgii de gheață din nor se formează la -15 grade datorită trecerii vaporilor de apă la starea solidă. Baza formării fulgilor de zăpadă sunt particule mici de praf sau bucăți microscopice de gheață, care servesc drept nucleu pentru condensarea moleculelor de apă pe ele. Nucleul de cristalizare este locul unde începe formarea fulgilor de zăpadă.
Din ce în ce mai multe molecule de apă se atașează de fulgul de zăpadă în creștere în anumite locuri, dându-i o formă hexagonală distinctă. Cheia structurii apei solide constă în structura moleculei sale, care poate fi pur și simplu imaginată ca un tetraedru - o piramidă cu o bază triunghiulară în care sunt posibile unghiuri de numai 60° și 120°. În centru se află oxigenul, în două vârfuri este hidrogen, sau mai exact, un proton, ai cărui electroni sunt implicați în formarea unei legături covalente cu oxigenul. Cele două vârfuri rămase sunt ocupate de perechi de electroni de valență ai oxigenului, care nu participă la formarea legăturilor intramoleculare, motiv pentru care sunt numiți singuri.
Un fulg de zăpadă este un singur cristal de gheață, o variație a temei unui cristal hexagonal, dar care a crescut rapid în condiții de neechilibru. În anumite condiții, hexagoanele de gheață cresc intens de-a lungul axei lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă alungiți - fulgi de zăpadă colonari, fulgi de zăpadă cu ace. În alte condiții, hexagoanele cresc predominant în direcții perpendiculare pe axa lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă sub formă de plăci hexagonale sau stele hexagonale.
O picătură de apă poate îngheța la un fulg de zăpadă care cade, ducând la formarea de fulgi de zăpadă de formă neregulată. Convingerea comună că fulgii de zăpadă au neapărat forma de stele hexagonale este eronată. Formele fulgilor de zăpadă se dovedesc a fi foarte diverse.
Astronomul Johannes Kepler a scris un întreg tratat „Despre fulgii de zăpadă hexagonali” în 1611. În 1665, Robert Hooke a folosit un microscop pentru a vedea și a publica multe desene cu fulgi de zăpadă de diferite forme. Prima fotografie reușită a unui fulg de zăpadă la microscop a fost făcută în 1885 de fermierul american Wilson Bentley. Cei mai faimoși adepți ai cauzei lui Bentley sunt Ukihiro Nakaya și fizicianul american Kenneth Libbrecht. Nakaya a fost primul care a sugerat că dimensiunea și forma fulgilor de zăpadă depind de temperatura aerului și de conținutul de umiditate și a confirmat cu brio această ipoteză experimental prin creșterea cristalelor de gheață de diferite forme în laborator. Iar Libbrecht, la Caltech, este încă ocupat să crească fulgi de zăpadă toată ziua. Omul de știință, împreună cu fotograful Patricia Rasmussen, plănuiesc să publice o carte care să includă cei mai fotogenici fulgi de nea, dintre care unii pot fi deja văzuti pe site-ul său SnowCrystals.com. .
Există un alt mister inerent structurii unui fulg de zăpadă. În ea, ordinea și haosul coexistă împreună. În funcție de condițiile de producție, solidul trebuie să fie fie în stare cristalină (când atomii sunt ordonați), fie în stare amorfă (când atomii formează o rețea aleatorie). Fulgii de zăpadă au o rețea hexagonală, în care atomii de oxigen sunt aranjați în mod ordonat, formând hexagoane regulate, iar atomii de hidrogen sunt aranjați aleatoriu. Cu toate acestea, legătura dintre structura rețelei cristaline și forma unui fulg de zăpadă, care este de zece milioane de ori mai mare decât o moleculă de apă, nu este evidentă: dacă moleculele de apă au fost atașate de cristal într-o ordine aleatorie, forma fulg de nea ar fi neregulat. Totul este despre orientarea moleculelor din rețea și aranjarea legăturilor de hidrogen libere, care contribuie la formarea marginilor netede.
Moleculele de vapori de apă au mai multe șanse să umple golurile, mai degrabă decât să adere la marginile netede, deoarece golurile conțin mai multe legături de hidrogen libere. Ca urmare, fulgii de zăpadă iau forma unor prisme hexagonale obișnuite cu margini netede. Astfel de prisme cad din cer, cu umiditate relativ scăzută a aerului într-o mare varietate de condiții de temperatură.
Mai devreme sau mai târziu apar nereguli pe margini. Fiecare tubercul atrage molecule suplimentare și începe să crească. Un fulg de zăpadă călătorește prin aer mult timp, iar șansele de a întâlni noi molecule de apă în apropierea tuberculului proeminent sunt puțin mai mari decât la fețe. Așa cresc foarte repede razele pe un fulg de zăpadă. O rază groasă crește de pe fiecare față, deoarece moleculele nu tolerează golul. Ramurile cresc din tuberculii formați pe această rază. În timpul călătoriei unui fulg de nea mic, toate fețele sale sunt în aceleași condiții, ceea ce servește ca o condiție prealabilă pentru creșterea razelor identice pe toate cele șase fețe. În condiții ideale de laborator, toate cele șase direcții ale unui fulg de zăpadă cresc simetric și cu configurații similare. În atmosferă, majoritatea fulgilor de zăpadă sunt cristale neregulate, doar unele dintre cele șase ramuri pot fi simetrice.
În zilele noastre, studiul fulgilor de zăpadă a devenit o știință. În 1555, exploratorul elvețian Mangus a făcut schițe ale formelor fulgilor de zăpadă. În 1955, omul de știință rus A. Zamorsky a împărțit fulgii de zăpadă în 9 clase și 48 de specii. Acestea sunt farfurii, ace, stele, arici, coloane, puf, butoni, prisme, cele de grup. Comisia Internațională pentru Zăpadă și Gheață a adoptat o clasificare destul de simplă a cristalelor de gheață în 1951: trombocite, cristale în formă de stea, coloane sau coloane, ace, dendrite spațiale, coloane cu vârf și forme neregulate. Și încă trei tipuri de precipitații înghețate: pelete de zăpadă fină, pelete de gheață și grindină.
În 1932, fizicianul nuclear Ukihiro Nakaya, profesor la Universitatea Hokkaido, a început să crească cristale de zăpadă artificială, ceea ce a făcut posibilă compilarea primei clasificări a fulgilor de zăpadă și identificarea dependenței dimensiunii și formei acestor formațiuni de temperatură și umiditatea aerului. În orașul Kaga, situat pe coasta de vest a insulei Honshu, se află un Muzeu al Zăpezii și Gheții înființat de Ukihiro Nakaya, care acum îi poartă numele, construit simbolic sub forma a trei hexagoane. Muzeul adăpostește o mașină pentru a face fulgi de zăpadă. Nakaya a identificat 41 de tipuri morfologice individuale printre fulgi de zăpadă, iar meteorologii S. Magano și Xu Li în 1966 au descris 80 de tipuri de cristale.
În anumite condiții, în absența vântului, fulgii de zăpadă care cad pot adera unul la altul, formând fulgi de zăpadă uriași. În primăvara anului 1944, la Moscova au căzut fulgi care măsoară până la 10 centimetri în diametru, asemănătoare farfuriilor învolburate. Și în Siberia au fost observați fulgi de zăpadă cu un diametru de până la 30 de centimetri. Cel mai mare fulg de zăpadă a fost înregistrat în 1887 în Montana, America. Diametrul său era de 38 cm, iar grosimea lui era de 20 cm Acest fenomen necesită o liniște deplină, pentru că cu cât fulgii de zăpadă călătoresc mai mult, cu atât se ciocnesc și se lipesc unul de celălalt. Prin urmare, la temperaturi scăzute și vânturi puternice, fulgii de zăpadă se ciocnesc în aer, se prăbușesc și cad la pământ sub formă de fragmente - „praf de diamant”. Probabilitatea de a vedea fulgi de zăpadă mari crește semnificativ în apropierea corpurilor de apă: evaporarea din lacuri și rezervoare este un material de construcție excelent.
Gheața care formează un fulg de nea este transparentă, dar atunci când este multă, lumina soarelui, reflectată și împrăștiată pe numeroase fețe, ne dă impresia unei mase albe opace – o numim zăpadă. Fulgul de nea este alb deoarece apa absoarbe foarte bine părțile roșii și infraroșii ale spectrului de lumină. Apa înghețată păstrează în mare măsură proprietățile apei lichide. Lumina soarelui, care trece printr-un strat de zăpadă sau gheață, pierde razele roșii și galbene, care sunt împrăștiate și absorbite în el, iar lumina care trece prin este verde-albăstrui, albastru sau albastru strălucitor - în funcție de cât de gros a fost stratul în calea luminii.
FAPTE
Fulgii de zăpadă formează un strat de zăpadă care reflectă până la 90% din lumina soarelui în spațiu.
Într-un metru cub de zăpadă există 350 de milioane de fulgi de zăpadă, iar pe întregul Pământ - puterea 10 până la a 24-a.
Greutatea fulgului de nea în sine este de doar aproximativ un miligram, rareori 2...3. Cu toate acestea, până la sfârșitul iernii, masa stratului de zăpadă din emisfera nordică a planetei ajunge la 13.500 de miliarde de tone.
Apropo, zăpada în sine nu este doar albă. În regiunile arctice și muntoase, zăpada roz sau chiar roșie este obișnuită. Acest lucru se datorează algelor care trăiesc între cristale. Dar există cazuri când zăpada a căzut din cer deja colorată. Așadar, în ziua de Crăciun din 1969, în Suedia a căzut zăpadă neagră. Cel mai probabil, aceasta este funingine și poluare industrială absorbită din atmosferă. În 1955, zăpada verde fosforescentă a căzut lângă Dana, California, ucigând mai multe persoane și provocând vătămări grave celor care au încercat-o pe limbi. Au existat diferite versiuni ale acestui fenomen, chiar și teste atomice în Nevada. Cu toate acestea, toate au fost respinse și originea zăpezii verzi a rămas un mister.
Zăpada proaspătă într-o zi geroasă este întotdeauna însoțită de un zgomot vesel sub picioare. Acesta nu este altceva decât sunetul spargerii cristalelor. Fulgii de zăpadă curăță, de asemenea, aerul de praf și vapori, astfel încât să puteți respira ușor în timpul căderilor de zăpadă.
Munca de cercetare
Secretele fulgului de nea
2-elev clasa A
Școala Gimnazială MBOU Nr.000
Introducere
1. Selectarea unui subiect de cercetare
Recent, în timp ce mergeam pe stradă, m-am uitat la fulgi de zăpadă. Erau translucide și pufoase, grațioase și dantelate, de parcă iarna ar fi o aciră care ne dăruiește darurile ei magice. Învârtindu-se ușor în aer, fulgii de zăpadă au căzut în liniște la pământ. Privindu-le pe mănușile mele, am observat că toți fulgii de zăpadă au formă diferită. Când mi-am dat jos mănușa, s-au topit rapid pe palmele mele calde, transformându-se în picături de apă. M-am întrebat ce „secrete” păstrează fulgii de nea.
2. Scopul lucrării: Explorează și dezvăluie secretele fulgului de nea.
3. Sarcini:
· aflați cum se naște un fulg de zăpadă, cât cântărește și cum sună.
· determinați proprietățile benefice ale fulgilor de zăpadă;
· aflați secretele „secrete” ale fulgilor de nea.
4. Obiect, subiect de cercetare:
Obiectul de studiu: fulgi de nea.
Subiect de studiu: zăpadă luată în vecinătatea Snezhnogorsk.
5. Ipoteză. Sugerez ca fulgii de zapada, fiind un fenomen natural unic, au proprietati interesante.
Experimentul nr. 2.
Scop: determinarea temperaturii aerului pe suprafața stratului de zăpadă și în apropierea solului.
Am măsurat mai întâi temperatura aerului în apropierea solului cu un termometru. Termometrul a scăzut la minus 2 grade Celsius, iar pe suprafața stratului de zăpadă s-a dovedit a fi minus 6 grade.
Concluzie: fulgii de zăpadă acoperă solul cu un covor cald și permit plantelor să înghețe.
Experimentul nr. 3.
Scop: verificați când un fulg de zăpadă se poate transforma într-un om de zăpadă.
Temperatura aerului. | Proprietatea zăpezii |
|
Dimineaţă. Minus 10 grade | Pufos, usor, se sfarama. |
|
Zi. Soarele strălucește. 0 grade. | Zăpada a devenit mai grea, dar poți deja arunca o minge. |
Concluzie: Pe măsură ce temperaturile cresc, zăpada începe să se topească. Se lipește cu ușurință împreună în bucăți. Și poți face un om de zăpadă din bulgări.
https://pandia.ru/text/78/390/images/image008_10.jpg" width="123" height="169 src=">
Experimentul nr. 4
Scop: verificați calitatea zăpezii topite și aflați dacă poate fi mâncată sau nu.
Pentru aceasta aveam nevoie de pâlnii de carton, vată și zăpadă luate pentru experiment de pe drum și din casa noastră.
Am pus această zăpadă în două pâlnii și am început să aștept să se topească.
Apoi am comparat zăpada topită. Iată ce am primit:
Indicatori | Zăpadă lângă drum | Zăpadă lângă casă |
Alb-gri | ||
Contaminarea filtrului | Există murdărie | Există praf |
Transparenţă | ||
Nu poți mânca | Nu poți mânca |
Concluzie: Zăpada din apropierea drumurilor este deosebit de murdară și dăunătoare, acumulează murdărie și benzină. Nici lângă casă nu poți mânca zăpadă, deși pare curată. Am găsit particule de murdărie și praf în zăpada topită.
Zapada este foarte utila pentru intarirea corpului si practicarea sporturilor de iarna. Împreună cu familia și prietenii îmi place schiul, sania și patinajul. Ne place să sculptăm figuri de basm din zăpadă.
Locuiesc în Arctica, într-un oraș cu un nume frumos înzăpezit Snezhnogorsk. În orașul nostru este zăpadă din octombrie până la sfârșitul lunii mai. Și pe dealuri zăpada scânteie cu luminile ei colorate până la începutul lunii iunie.
Concluzie.
Fulgii de zăpadă sunt un fenomen natural uimitor, frumos și misterios care se formează din vapori de apă. Fulgii de nea au secretele lor:
Secretul 1. Fulgii de zăpadă se formează sus pe cer Mișcându-se în sus și în jos în nor, fulgii de zăpadă se găsesc în condiții cu diferite temperaturi și conținut de vapori de apă. În aer, forma fulgilor de zăpadă se schimbă constant.
Secretul 2. Fulgii de nea au șase laturi.
Secretul 3. Nu există fulgi de nea identici.
Secretul 4. Fiecare fulg de zăpadă este incolor, ca gheața. Toate împreună devin opace, nu permit razelor să treacă prin ele, ci, dimpotrivă, le reflectă în ochii noștri. Și de aceea vedem zăpada ca fiind albă.
Secretul 5. Pe vreme geroasă, poți auzi „muzica” zăpezii sub picioarele tale. Acestea sunt razele fulgilor de nea care se sparg.
Secretul 6. Fulgii de zăpadă acoperă pământul și protejează plantele de îngheț.
Secretul 7. Puteți sculpta figuri de zăpadă din zăpadă.
Secretul 8. Când zăpada se topește, volumul acesteia se modifică de mai multe ori.
Secretul 9. Zăpada pare doar curată. Nu o poți mânca pentru că este rece și necurată.
Secretul 10. Datorită zăpezii, oamenii se pot angaja în sporturi de iarnă.
Referinte:
1. , A.N. Kazakov „Noi și lumea din jurul nostru” manual pentru clasa a II-a. Editura „Literatura educațională”.
2. Enciclopedie pentru școlari mai mici „Ce? Pentru ce? De ce?" Editura „Eksmo”.
3. Explorez lumea. Enciclopedie pentru copii. Ecologie. Moscova. Editura AST, 1999.
4. http://ru. wikipedia. org/wiki
Comentariile lui K.H. n. O. V. Mosina.
De ce cristalele elementare de gheață sunt hexagonale este ușor de înțeles analizând structura apei cristaline - gheață.
Într-o moleculă de apă, două perechi de electroni formează legături covalente polare între atomii de hidrogen și oxigen, iar celelalte două perechi de electroni rămân libere și se numesc nedistribuit.
Orez. Moleculă de apă
Deoarece atomul de oxigen are mai mulți electroni (chimiștii spun că atomul de oxigen este mai electronegativ) decât atomul de hidrogen, electronii celor doi atomi de hidrogen se deplasează către atomul de oxigen mai electronegativ, determinând anularea celor două sarcini pozitive ale atomilor de hidrogen. valoarea egală a celor doi atomi de hidrogen cu sarcină negativă asupra atomului de oxigen. Prin urmare, norul de electroni are o densitate neuniformă. Există o lipsă de densitate electronică în apropierea nucleelor de hidrogen, iar pe partea opusă a moleculei, lângă nucleul de oxigen, există un exces de densitate electronică. Astfel, molecula de apă este un mic dipol care conține sarcini pozitive și negative la poli. Această structură determină polaritatea moleculei de apă. Dacă conectați epicentrii sarcinilor pozitive și negative cu linii drepte, obțineți o figură geometrică tridimensională - un tetraedru obișnuit.
Celula unitară a apei este tetraedre care conțin cinci molecule de H2O conectate între ele prin legături de hidrogen. În plus, fiecare dintre moleculele de apă din tetraedre simple păstrează capacitatea de a forma legături de hidrogen. Datorită tetraedrelor lor simple, ele pot fi unite prin vârfuri, muchii sau fețe, formând o varietate de structuri spațiale.
Orez. În structura cristalină a gheții, fiecare moleculă de apă participă la 4 legături de hidrogen, formând un tetraedru.
Astfel, structura apei este asociată cu așa-numitele solide platonice (tetraedru, dodecaedru), a căror formă este legată de raportul de aur. Molecula de apă are și forma unui solid platonic (tetraedru).
Și dintre toată varietatea de structuri din natură, cea de bază este structura hexagonală (cu șase laturi), când șase molecule de apă (tetraedre) sunt combinate într-un inel. Acest tip de structură este tipic pentru gheață, zăpadă și apa de topire.
Un fulg de zăpadă este o structură simetrică complexă constând din cristale de gheață colectate împreună. Există multe opțiuni pentru „asamblare” - până acum nu a fost posibil să găsiți doi fulgi de nea identici. Cercetările efectuate în laboratorul lui Libbrecht confirmă acest fapt - structurile cristaline pot fi cultivate artificial sau observate în natură. Există chiar și o clasificare a fulgilor de zăpadă, dar, în ciuda legilor generale de construcție, fulgii de zăpadă vor fi totuși ușor diferiți unul de celălalt chiar și în cazul structurilor relativ simple.
Orez. 1. Structura cristalină a gheții
Deci, de ce sunt fulgii de zăpadă hexagonali? În structura cristalină a gheții, fiecare moleculă de apă participă la 4 legături de hidrogen direcționate către vârfurile tetraedrului la unghiuri strict definite egale cu 109°28" (în timp ce în structurile de gheață I, Ic, VIIŞi VIII acest tetraedru este corect). În centrul acestui tetraedru se află un atom de oxigen, la două vârfuri se află un atom de hidrogen, ai cărui electroni sunt implicați în formarea unei legături covalente cu oxigenul. Cele două vârfuri rămase sunt ocupate de perechi de electroni de valență ai oxigenului, care nu participă la formarea legăturilor intramoleculare. Acum devine clar de ce cristalul de gheață este hexagonal.
Caracteristica principală care determină forma unui cristal este legătura dintre moleculele de apă, similară conexiunii legăturilor dintr-un lanț. În plus, datorită raporturilor diferite de căldură și umiditate, cristalele, care în principiu ar trebui să fie aceleași, iau forme diferite. Ciocnind cu picături mici suprarăcite pe drum, fulgul de zăpadă își simplifică forma, menținând în același timp simetria.
Dar de ce se formează uneori fulgi de zăpadă alungiți? Un fulg de zăpadă este un singur cristal de gheață, un analog al unui cristal hexagonal, dar unul care a crescut rapid în condiții de neechilibru. În anumite condiții, hexagoanele de gheață cresc intens de-a lungul axei lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă alungiți - fulgi de zăpadă colonari, fulgi de zăpadă cu ace. În alte condiții, hexagoanele cresc predominant în direcții perpendiculare pe axa lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă sub formă de plăci hexagonale sau stele hexagonale.
Pentru mai multe informații despre fulgii de zăpadă și procesele de formare a acestora, citiți articolul lui Serghei Apresov „Magia albă”:
K. x. n. O. V. Mosin
DE CE SUNT FULGII DE ZAPAA HEXAGONALI?
Pentru a înțelege de ce fulgii de zăpadă arată atât de frumos, trebuie să luăm în considerare istoria de viață a unui cristal de zăpadă.
Fulgii de gheață din nor se formează la -15 grade datorită trecerii vaporilor de apă la starea solidă. Baza formării fulgilor de zăpadă sunt particule mici de praf sau bucăți microscopice de gheață, care servesc drept nucleu pentru condensarea moleculelor de apă pe ele. Nucleul de cristalizare este locul unde începe formarea fulgilor de zăpadă.
Din ce în ce mai multe molecule de apă se atașează de fulgul de zăpadă în creștere în anumite locuri, dându-i o formă hexagonală distinctă. Cheia structurii apei solide constă în structura moleculei sale, care poate fi pur și simplu imaginată ca un tetraedru - o piramidă cu o bază triunghiulară în care sunt posibile unghiuri de numai 60° și 120°. În centru se află oxigenul, în două vârfuri este hidrogen, sau mai exact, un proton, ai cărui electroni sunt implicați în formarea unei legături covalente cu oxigenul. Cele două vârfuri rămase sunt ocupate de perechi de electroni de valență ai oxigenului, care nu participă la formarea legăturilor intramoleculare, motiv pentru care sunt numiți singuri.
Un fulg de zăpadă este un singur cristal de gheață, o variație a temei unui cristal hexagonal, dar care a crescut rapid în condiții de neechilibru. În anumite condiții, hexagoanele de gheață cresc intens de-a lungul axei lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă alungiți - fulgi de zăpadă colonari, fulgi de zăpadă cu ace. În alte condiții, hexagoanele cresc predominant în direcții perpendiculare pe axa lor, iar apoi se formează fulgi de zăpadă sub formă de plăci hexagonale sau stele hexagonale.
O picătură de apă poate îngheța la un fulg de zăpadă care cade, ducând la formarea de fulgi de zăpadă de formă neregulată. Convingerea comună că fulgii de zăpadă au neapărat forma de stele hexagonale este eronată. Formele fulgilor de zăpadă se dovedesc a fi foarte diverse.
Astronomul Johannes Kepler a scris un întreg tratat „Despre fulgii de zăpadă hexagonali” în 1611. În 1665, Robert Hooke a folosit un microscop pentru a vedea și a publica multe desene cu fulgi de zăpadă de diferite forme. Prima fotografie reușită a unui fulg de zăpadă la microscop a fost făcută în 1885 de fermierul american Wilson Bentley. Cei mai faimoși adepți ai cauzei lui Bentley sunt Ukihiro Nakaya și fizicianul american Kenneth Libbrecht. Nakaya a fost primul care a sugerat că dimensiunea și forma fulgilor de zăpadă depind de temperatura aerului și de conținutul de umiditate și a confirmat cu brio această ipoteză experimental prin creșterea cristalelor de gheață de diferite forme în laborator. Iar Libbrecht, la Caltech, este încă ocupat să crească fulgi de zăpadă toată ziua. Omul de știință, împreună cu fotograful Patricia Rasmussen, plănuiesc să publice o carte care să includă cei mai fotogenici fulgi de zăpadă, dintre care unii pot fi deja văzuți pe site-ul său. SnowCrystals.com.
Există un alt mister inerent structurii unui fulg de zăpadă. În ea, ordinea și haosul coexistă împreună.În funcție de condițiile de producție, solidul trebuie să fie fie în stare cristalină (când atomii sunt ordonați), fie în stare amorfă (când atomii formează o rețea aleatorie). Fulgii de zăpadă au o rețea hexagonală, în care atomii de oxigen sunt aranjați în mod ordonat, formând hexagoane regulate, iar atomii de hidrogen sunt aranjați aleatoriu. Cu toate acestea, legătura dintre structura rețelei cristaline și forma unui fulg de zăpadă, care este de zece milioane de ori mai mare decât o moleculă de apă, nu este evidentă: dacă moleculele de apă au fost atașate de cristal într-o ordine aleatorie, forma fulg de nea ar fi neregulat. Totul este despre orientarea moleculelor din rețea și aranjarea legăturilor de hidrogen libere, care contribuie la formarea marginilor netede.
Moleculele de vapori de apă au mai multe șanse să umple golurile, mai degrabă decât să adere la marginile netede, deoarece golurile conțin mai multe legături de hidrogen libere. Ca urmare, fulgii de zăpadă iau forma unor prisme hexagonale obișnuite cu margini netede. Astfel de prisme cad din cer, cu umiditate relativ scăzută a aerului într-o mare varietate de condiții de temperatură.
Mai devreme sau mai târziu apar nereguli pe margini. Fiecare tubercul atrage molecule suplimentare și începe să crească. Un fulg de zăpadă călătorește prin aer mult timp, iar șansele de a întâlni noi molecule de apă în apropierea tuberculului proeminent sunt puțin mai mari decât la fețe. Așa cresc foarte repede razele pe un fulg de zăpadă. O rază groasă crește de pe fiecare față, deoarece moleculele nu tolerează golul. Ramurile cresc din tuberculii formați pe această rază. În timpul călătoriei unui fulg de nea mic, toate fețele sale sunt în aceleași condiții, ceea ce servește ca o condiție prealabilă pentru creșterea razelor identice pe toate cele șase fețe. În condiții ideale de laborator, toate cele șase direcții ale unui fulg de zăpadă cresc simetric și cu configurații similare. În atmosferă, majoritatea fulgilor de zăpadă sunt cristale neregulate, doar unele dintre cele șase ramuri pot fi simetrice.
În zilele noastre, studiul fulgilor de zăpadă a devenit o știință. În 1555, exploratorul elvețian Mangus a făcut schițe ale formelor fulgilor de zăpadă. În 1955, omul de știință rus A. Zamorsky a împărțit fulgii de zăpadă în 9 clase și 48 de specii. Acestea sunt farfurii, ace, stele, arici, coloane, puf, butoni, prisme, cele de grup. Comisia Internațională pentru Zăpadă și Gheață a adoptat o clasificare destul de simplă a cristalelor de gheață în 1951: trombocite, cristale în formă de stea, coloane sau coloane, ace, dendrite spațiale, coloane cu vârf și forme neregulate. Și încă trei tipuri de precipitații înghețate: pelete de zăpadă fină, pelete de gheață și grindină.
În 1932, fizicianul nuclear Ukihiro Nakaya, profesor la Universitatea Hokkaido, a început să crească cristale de zăpadă artificială, ceea ce a făcut posibilă compilarea primei clasificări a fulgilor de zăpadă și identificarea dependenței dimensiunii și formei acestor formațiuni de temperatură și umiditatea aerului. În orașul Kaga, situat pe coasta de vest a insulei Honshu, se află un Muzeu al Zăpezii și Gheții înființat de Ukihiro Nakaya, care acum îi poartă numele, construit simbolic sub forma a trei hexagoane. Muzeul adăpostește o mașină pentru a face fulgi de zăpadă. Nakaya a identificat 41 de tipuri morfologice individuale printre fulgi de zăpadă, iar meteorologii S. Magano și Xu Li în 1966 au descris 80 de tipuri de cristale.
În anumite condiții, în absența vântului, fulgii de zăpadă care cad pot adera unul la altul, formând fulgi de zăpadă uriași. În primăvara anului 1944, la Moscova au căzut fulgi care măsoară până la 10 centimetri în diametru, asemănătoare farfuriilor învolburate. Și în Siberia au fost observați fulgi de zăpadă cu un diametru de până la 30 de centimetri. Cel mai mare fulg de zăpadă a fost înregistrat în 1887 în Montana, America. Diametrul său era de 38 cm, iar grosimea lui era de 20 cm Acest fenomen necesită o liniște deplină, pentru că cu cât fulgii de zăpadă călătoresc mai mult, cu atât se ciocnesc și se lipesc unul de celălalt. Prin urmare, la temperaturi scăzute și vânturi puternice, fulgii de zăpadă se ciocnesc în aer, se prăbușesc și cad la pământ sub formă de fragmente - „praf de diamant”. Probabilitatea de a vedea fulgi de zăpadă mari crește semnificativ în apropierea corpurilor de apă: evaporarea din lacuri și rezervoare este un material de construcție excelent.
Gheața care formează un fulg de nea este transparentă, dar atunci când este multă, lumina soarelui, reflectată și împrăștiată pe numeroase fețe, ne dă impresia unei mase albe opace – o numim zăpadă. Fulgul de nea este alb deoarece apa absoarbe foarte bine părțile roșii și infraroșii ale spectrului de lumină. Apa înghețată păstrează în mare măsură proprietățile apei lichide. Lumina soarelui, care trece printr-un strat de zăpadă sau gheață, pierde razele roșii și galbene, care sunt împrăștiate și absorbite în el, iar lumina care trece prin este verde-albăstrui, albastru sau albastru strălucitor - în funcție de cât de gros a fost stratul în calea luminii.
FAPTE despre fulgi de nea
Fulgii de zăpadă formează un strat de zăpadă care reflectă până la 90% din lumina soarelui în spațiu.
Într-un metru cub de zăpadă există 350 de milioane de fulgi de zăpadă, iar pe întregul Pământ - puterea 10 până la a 24-a.
Greutatea fulgului de nea în sine este de doar aproximativ un miligram, rareori 2...3. Cu toate acestea, până la sfârșitul iernii, masa stratului de zăpadă din emisfera nordică a planetei ajunge la 13.500 de miliarde de tone.
Zăpada nu este doar albă. În regiunile arctice și muntoase, zăpada roz sau chiar roșie este obișnuită. Acest lucru se datorează algelor care trăiesc între cristale. Dar există cazuri când zăpada a căzut din cer deja colorată. Așadar, în ziua de Crăciun din 1969, în Suedia a căzut zăpadă neagră. Cel mai probabil, aceasta este funingine și poluare industrială absorbită din atmosferă. În 1955, zăpada verde fosforescentă a căzut lângă Dana, California, ucigând mai multe persoane și provocând vătămări grave celor care au încercat-o pe limbi. Au existat diferite versiuni ale acestui fenomen, chiar și teste atomice în Nevada. Cu toate acestea, toate au fost respinse și originea zăpezii verzi a rămas un mister.
Kenneth Libbrecht: zăpadă la microscopAmericanul Kenneth Libbrecht a devenit popular în întreaga lume din cauza iernii, sau mai degrabă a unui atribut atât de necesar ca zăpada. Epigraful operei sale este cuvintele lui Henry David Thoreau: „Aerul în care apar este plin de geniu creator. Este puțin probabil că l-aș fi admirat mai mult, chiar dacă adevăratele vedete ar fi căzut pe haina mea.” Poți ghici despre ce vorbim? Corect. Despre fulgi de nea! Kenneth Libbrecht s-a născut în 1958 în Fargo, Dakota de Nord. Și nu este un fotograf, așa cum ar părea la prima vedere, ci un om de știință. Kenneth este profesor de fizică la Institutul de Tehnologie din California. La începutul carierei sale, eroul nostru era interesat de astronomie, dar ultimele sale cercetări sunt consacrate studierii calităților cristalelor de gheață și mai ales a structurii fulgilor de zăpadă. Ca o completare a cercetării profesionale a lui Kenneth, au fost publicate mai multe cărți populare, ilustrate cu fotografii cu fulgi de zăpadă de o mare varietate de forme și dimensiuni. Majoritatea fulgilor de zăpadă au simetrie pe șase laturi, deși există exemplare cu trei și douăsprezece laturi. Dar este imposibil să vezi un cristal cu patru, cinci sau opt laturi, ne asigură Kenneth. Fulgii de zăpadă cu cea mai ideală formă, potrivit autorului, pot fi găsiți atunci când cade zăpadă ușoară și bate un vânt ușor, iar vremea este deosebit de rece. Popularitatea lucrării lui Kenneth este demonstrată în continuare de faptul că patru dintre fotografiile sale au fost selectate de Serviciul Poștal al Statelor Unite ca modele pentru ștampilele sărbătorilor de iarnă din 2006. Tirajul total al timbrelor a fost de aproximativ trei miliarde de exemplare. „Fiecare ninsoare este o aventură pentru un fotograf, deoarece toate aduc cristale diferite”, spune Kenneth Libbrecht. „Și este adevărat – nu există doi fulgi de zăpadă la fel.” Ei bine, dacă este așa, atunci putem spune cu încredere două lucruri: autorului i se asigură munca pe viață, iar creațiile sale pot fi vizualizate la nesfârșit. Fotograful Yaroslav Gnatyuk - model de virus HIV - visualscience.ru/illustrations/modelling/gripp-H1N1-interactive/ |
