Пионерът на изучаването на „теорията за сняг“ беше младият фермер Уилсън Алисън Бентли, по прякор „Снежинката“. От детството си е привлечен необичайна формакристали, падащи от небето. В неговия роден градВ Йерихон, в северната част на Съединените щати, снеговалежът беше редовно явление и младият Уилсън прекарваше много време навън, изучавайки снежинките.
Whislon "Snowflakes" Bentley
Бентли адаптира камера към микроскопа, който майка му му подари за 15-ия му рожден ден, и се опита да заснеме снежинки. Но усъвършенстването на технологията отнема почти пет години - едва на 15 януари 1885 г. е получено първото ясно изображение.
През целия си живот Уилсън снима 5000 различни снежинки. Той не спира да се възхищава на красотата на тези миниатюрни произведения на природата. За да получи своите шедьоври, Бентли работи при минусови температури, поставяйки всяка пълна снежинка на черен фон.
Работата на Уилсън е високо оценена както от учени, така и от художници. Той често беше канен да говори научни конференцииили публикувайте снимки в художествени галерии. За съжаление Бентли почина на 65-годишна възраст от пневмония, без да докаже, че няма две еднакви снежинки.
Щафетата на „теорията за сняг“ беше подета сто години по-късно от изследовател Национален центърАтмосферни изследвания Нанси Найт. В статия, публикувана през 1988 г., тя доказва обратното твърдение - еднакви снежинки могат и трябва да съществуват!
Д-р Найт се опита да възпроизведе процеса на изграждане на снежинки в лабораторията. За да направи това, тя отглежда няколко водни кристала, подлагайки ги на същите процеси на преохлаждане и пренасищане. В резултат на своите експерименти тя успява да получи снежинки, абсолютно еднакви една с друга.
По-нататъшните полеви наблюдения и обработката на експерименталните грешки позволиха на Нанси Найт да твърди, че появата на еднакви снежинки е възможна и се определя само от теорията на вероятностите. След като състави сравнителен каталог на небесните кристали, Найт заключи, че снежинките имат 100 признака на разлика. Така че общият брой опции външен виде 100! тези. почти 10 на 158-ма степен.
Полученото число е два пъти по-голямо от броя на атомите във Вселената! Но това не означава, че съвпаденията са напълно невъзможни, заключава в своя труд д-р Найт.
А сега - ново изследване на "теорията на снега". Наскоро професорът по физика от Калифорнийския университет Кенет Либрехт обяви резултатите от дългогодишно изследване на научна група. „Ако видите две еднакви снежинки, те пак са различни!“ - казва професорът.
Либрехт доказва, че в състава на снежните молекули приблизително на всеки петстотин кислородни атома с маса 16 g/mol има един атом с маса 18 g/mol. Структурата на връзките на една молекула с такъв атом е такава, че предполага безброй възможности за връзки в рамките на кристалната решетка. С други думи, ако две снежинки наистина изглеждат еднакви, тогава тяхната идентичност все още трябва да бъде проверена на микроскопично ниво.
Изучаването на свойствата на снега (и по-специално на снежинките) не е детска игра. Знанията за природата на снега и снежните облаци са много важни при изучаването на изменението на климата. А някои от необичайните и неизследвани свойства на леда могат да намерят практическо приложение.
Работа по проектиИМА ЛИ ЕДНАКВИ СНЕЖИНКИ Изпълни: Макар Жихарев, 3 клас, Лицей № 179, Санкт Петербург. Ръководител: Агафонова С.В.
По време на снеговалеж рядко се замисляме, че обикновените снежинки могат да демонстрират удивителната сложност на своята структура, редовност и разнообразие от форми. Това се вижда ясно дори с невъоръжено око, но ако разгледаме снежинките през микроскоп, ще ни се разкрият нови и много изненадващи подробности.
ПЛАНИРАЙТЕ ЦЕЛ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО: да изучавате снежинките, как невероятно явлениеприрода. ЦЕЛИ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО: наблюдение на снежинките в природата; изучаване на образуването на снежинки; идентифициране на разнообразието от форми на снежинки и причините за скърцането на снега; експериментално наблюдават образуването на снежинки; идентифицирайте знанията на учениците за снежинките;
ХИПОТЕЗА Ако водата се образува, когато снежинките се топят, тогава снежинките се появяват от водата. Щом има толкова много снежинки, значи в природата трябва да има голям бройеднакви снежинки.
Предмет на изследване СНЕЖИНКИ СНЯГ
Какво е СНЕЖИНКА Снежинката е сложна симетрична структура, състояща се от ледени кристали. Сняг се образува, когато микроскопични капкиВодата в облаците се привлича от прахови частици и замръзва. Появилите се ледени кристали падат и растат в резултат на кондензация на влага от въздуха върху тях. Това създава шестоъгълни кристални форми. И снежинката се изпраща на земята като шестолъчна звезда. ;
ИЗУЧАВАНЕ НА СНЕЖИНКАТА Уилсън А. Бентли Професор Либрехт
ИЗУЧАВАНЕ НА СНЕЖИНКИ
ЕКСПЕРИМЕНТ 1 Замразих капки вода, но снежинките не се получиха. Това означава, че сняг не се появява от водни капки. Капките вода могат да се превърнат в зърна град, буци лед, но не и в снежинки.
ЕКСПЕРИМЕНТ 2 В снега излязох навън и поставих ръкавицата си под снега. Върху нея паднаха няколко снежинки. Започнах да ги разглеждам с лупа. Нежинките могат да се видят ясно само когато попаднат в дланта ви. Под въздействието дори на малка сила те се чупят, което означава, че снежинките са много крехки.
Какво представляват снежинките?
ИНТЕРВЮ Проведох интервю сред 25 ученици от 3-А клас на училище № 619, където учи моят приятел. Според резултатите от интервюто 20 от 25 момчета твърдят, че снежинката се състои от вода; - 24 от 25 момчета твърдят, че има еднакви снежинки;
МИТ ЗА СЪЩИТЕ СНЕЖИНКИ
ИНТЕРЕСНИ ФАКТИ ЗА снежинките
ИЗВОДИ Докато работих по темата, постигнах целта си и научих много за снежинките. В процеса на учене и проучване реших задачите, които поставих. За съжаление хипотезите ми не се потвърдиха. Поради това сега знаем точно как се образуват снежинките и какви са.
БЛАГОДАРЯ ВИ ЗА ВНИМАНИЕТО!!!
Познатото на всеки ученик твърдение, че няма две еднакви снежинки, многократно е поставяно под въпрос. Но уникалното изследване на калифорнийския Технически университетуспяха да нанесат последните щрихи на това наистина Новогодишен въпрос.
Снегът се образува, когато микроскопични капчици вода в облаците се привличат от прахови частици и замръзват.
Появилите се ледени кристали, първоначално не надвишаващи 0,1 mm в диаметър, падат и нарастват в резултат на кондензация на влага от въздуха върху тях. Това създава шестоъгълни кристални форми.
Поради структурата на водните молекули между лъчите на кристала са възможни ъгли само от 60° и 120°. Основният воден кристал има плоска форма правилен шестоъгълник. След това нови кристали се отлагат върху върховете на такъв шестоъгълник, нови кристали се отлагат върху тях и така резултатът е различни формизвезди снежинки.
Професорът по физика от Калифорнийския университет Кенет Либрехт обяви резултатите от дългогодишни изследвания на неговата изследователска група. „Ако видите две еднакви снежинки, те пак са различни!“ - казва професорът.
Либрехт доказва, че в състава на снежните молекули приблизително на всеки петстотин кислородни атома с маса 16 g/mol има един атом с маса 18 g/mol.
Структурата на връзките на една молекула с такъв атом е такава, че предполага безброй възможности за връзки в рамките на кристалната решетка.
С други думи, ако две снежинки наистина изглеждат еднакви, тогава тяхната идентичност все още трябва да бъде проверена на микроскопично ниво.
Изучаването на свойствата на снега (и по-специално на снежинките) не е детска игра. Знанията за природата на снега и снежните облаци са много важни при изучаването на изменението на климата.
Учените идентифицират два варианта за образуване на снежни кристали. В първия случай водната пара, носена от вятъра на много голяма надморска височина, където температурата е около 40 ° C, може внезапно да замръзне, образувайки ледени кристали. В долния слой на облаците, където водата замръзва по-бавно, се създава кристал около малка прашинка или частица почва. Този кристал, който има от 2 до 200 в една снежинка, има формата на шестоъгълник, така че повечето снежинки са шестлъчева звезда.
„Земя на снеговете“ - това е поетичното име, което неговите жители измислиха за Тибет.
Формата на снежинката зависи от много фактори: температура на околната среда, влажност, налягане. Има обаче 7 основни типа кристали: плочи (ако температурата в облака е от -3 до 0 ° C), звездовидни кристали, колони (от -8 до -5 ° C), игли, пространствени дендрити, колони с връх и неправилни форми. Трябва да се отбележи, че ако снежинка се върти, докато пада, тогава нейната форма ще бъде идеално симетрична, но ако падне настрани или по някакъв друг начин, тогава няма.
Ледените кристали са шестоъгълни: те не могат да бъдат свързани с ъгъл - само с ръб. Следователно лъчите от снежинката винаги растат в шест посоки, а разклонението от лъча може да се простира само под ъгъл от 60 или 120 °.
От 2012 г. Световният ден на снега се отбелязва в предпоследната неделя на януари. Това беше по инициатива на Международната федерация по ски.
Снежинките изглеждат бели поради въздуха, който съдържат: светлина различни честотисе показва по ръбовете между кристалите и е разпръснат. Размерът на обикновената снежинка е около 5 mm в диаметър, а масата й е 0,004 g.
При озвучаването на филма „Александър Невски“ скърцането на снега се получава чрез изстискване на смес от захар и сол.
Смята се, че няма две еднакви снежинки. Това е доказано за първи път през 1885 г., когато американският фермер Уилсън Бентли прави първата успешна снимка на снежинка под микроскоп. Той посвещава на това 46 години и прави повече от 5000 снимки, въз основа на които теорията се потвърждава.
Нека да видим как може да се уреди това.
Една водна молекула е един кислороден атом и два водородни атома, свързани помежду си. Когато замръзналите водни молекули се свържат заедно, всяка молекула получава четири други свързани молекули наблизо: по една във всеки от тетраедричните върхове над всяка отделна молекула. Това кара водните молекули да образуват форма на решетка: шестоъгълна (или шестоъгълна) кристална решетка. Но големи "кубчета" лед, като тези, открити в кварцови находища, са изключително редки. Когато погледнете в най-малките мащаби и конфигурации, ще откриете, че горната и долната равнина на тази решетка са опаковани и свързани много плътно: имате „плоски ръбове“ от двете страни. Молекулите от останалите страни са по-отворени и допълнителни водни молекули се свързват с тях по-произволно. По-специално, шестоъгълните ъгли имат най-много слаби връзки, така че наблюдаваме шесткратна симетрия в растежа на кристалите.
и растеж на снежинка, конкретна конфигурация на леден кристал
След това новите структури растат в същите симетрични модели, увеличавайки се в шестоъгълни асиметрии, след като достигнат определен размер. Големите, сложни снежни кристали имат стотици лесно различими характеристики, когато се гледат под микроскоп. Стотици характеристики са сред приблизително 10 19 водни молекули, които изграждат една типична снежинка, според Чарлз Найт от Националния център за атмосферни изследвания. За всяка от тези функции има милиони възможни места, където могат да се образуват нови клонове. Колко такива нови характеристики може да образува една снежинка, без да стане просто още една от многото?
Всяка година приблизително 10 15 (квадрилиона) кубични метра сняг падат върху земята по целия свят и всеки кубичен метър съдържа около няколко милиарда (10 9) отделни снежинки. Откакто Земята съществува от около 4,5 милиарда години, през цялата история на планетата са паднали 10 34 снежинки. И знаете ли, от статистическа гледна точка, колко индивидуални, уникални, симетрични характеристики на разклоняване може да има една снежинка и да очаква да има близнак в определен момент от историята на Земята? Само пет. Докато истинските, големи, естествени снежинки обикновено имат стотици от тях.
Дори на ниво от един милиметър в снежинка можете да видите несъвършенства, които трудно се дублират
И само на най-обикновено ниво можете погрешно да видите две еднакви снежинки. И ако сте готови да се хванете молекулярно ниво, ситуацията ще стане много по-лоша. Обикновено кислородът има 8 протона и 8 неутрона, докато водородният атом има 1 протон и 0 неутрона. Но 1 от 500 кислородни атома има 10 неутрона, 1 от 5000 водородни атома има 1 неутрон, а не 0. Дори ако образувате идеални шестоъгълни снежни кристали, а в цялата история на планетата Земя са преброени 10 34 снежни кристала, това ще бъде достатъчно, за да падне до размера на няколко хиляди молекули (по-малко от дължината видима светлина), за да намерите уникална структура, каквато планетата не е виждала досега.
Но ако пренебрегнете атомните и молекулярните различия и се откажете от „естественото“, имате шанс. Изследователят на снежинките Кенет Либрехт от Калифорния Технологичен институтразработи техника за създаване на изкуствени „еднояйчни близнаци“ от снежинки и ги снима с помощта на специален микроскоп, наречен SnowMaster 9000.
Отглеждайки ги една до друга в лабораторията, той показа, че е възможно да се създадат две неразличими снежинки.
Две почти еднакви снежинки, отгледани в лаборатория на Калтех
Е, почти. Те ще бъдат неразличими за човек, който гледа със собствените си очи през микроскоп, но няма да бъдат идентични в действителност. Подобно на еднояйчните близнаци, те ще имат много различия: ще имат различни местаснопове от молекули, различни свойстваразклонения и колкото по-големи са те, толкова по-силни са тези различия. Ето защо тези снежинки са много малки, но микроскопът е мощен: те са по-сходни, когато са по-малко сложни.
Две почти еднакви снежинки, отгледани в лаборатория в Калтех
Въпреки това много снежинки са подобни една на друга. Но ако търсите наистина идентични снежинки на структурна, молекулярна или атомно ниво, природата никога няма да ви даде това. Този брой възможности е голям не само за историята на Земята, но и за историята на Вселената. Ако искате да знаете колко планети са ви нужни, за да получите две еднакви снежинки за 13,8 милиарда години история на Вселената, отговорът е от порядъка на 10 100000000000000000000000. Като се има предвид, че има само 10 80 атома в наблюдаваната Вселена, това е изключително малко вероятно. Така че да, снежинките са наистина уникални. И това е меко казано.