"Kar teorisi" çalışmasının öncüsü, "Kar Tanesi" lakaplı genç çiftçi Wilson Alison Bentley'di. Çocukluğundan beri ilgisini çekiyordu sıradışı şekil gökten düşen kristaller. onun içinde memleket Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzeyindeki Jericho'da kar yağışı olağan bir olaydı ve genç Wilson, dışarıda kar tanelerini incelemek için çok zaman harcadı.
Whislon "Kar Taneleri" Bentley
Bentley, annesinin ona 15. yaş günü için verdiği mikroskoba bir kamera uyarladı ve kar tanelerini yakalamaya çalıştı. Ancak teknolojiyi geliştirmek neredeyse beş yıl sürdü - yalnızca 15 Ocak 1885'te ilk net görüntü elde edildi.
Wilson hayatı boyunca 5.000 farklı kar tanesini fotoğrafladı. Doğanın bu minyatür eserlerinin güzelliğine hayran olmaktan asla vazgeçmedi. Bentley, başyapıtlarını elde etmek için sıfırın altındaki sıcaklıklarda çalıştı ve her bir kar tanesini siyah bir arka plan üzerine yerleştirdi.
Wilson'ın çalışmaları hem bilim adamları hem de sanatçılar tarafından büyük beğeni topladı. Sık sık konuşmaya davet ediliyordu bilimsel konferanslar veya fotoğrafları yayınlayın sanat galerileri. Ne yazık ki Bentley 65 yaşında zatürreden öldü ve hiçbir kar tanesinin birbirine benzemediğini asla kanıtlayamadı.
"Kar teorisi"nin asası yüz yıl sonra bir araştırmacı tarafından ele alındı Ulusal Merkez Atmosfer Araştırması Nancy Knight. 1988'de yayınlanan bir makalesinde bunun tam tersini kanıtladı: Aynı kar taneleri var olabilir ve olmalıdır!
Dr. Knight, laboratuvarda kar taneleri oluşturma sürecini yeniden canlandırmaya çalıştı. Bunu yapmak için birkaç su kristali yetiştirdi ve onları aynı aşırı soğutma ve aşırı doygunluk işlemlerine tabi tuttu. Deneyleri sonucunda birbirine tamamen benzeyen kar taneleri elde etmeyi başardı.
Daha ileri saha gözlemleri ve deneysel hataların işlenmesi, Nancy Knight'ın aynı kar tanelerinin ortaya çıkmasının mümkün olduğunu ve yalnızca olasılık teorisi ile belirlendiğini iddia etmesine olanak sağladı. Gök kristallerinin karşılaştırmalı bir kataloğunu derleyen Knight, kar tanelerinin 100 farklı işarete sahip olduğu sonucuna vardı. Yani toplam seçenek sayısı dış görünüş 100! onlar. neredeyse 10 üzeri 158.
Ortaya çıkan sayı, Evrendeki atom sayısının iki katıdır! Ancak Dr. Knight, çalışmasında bunun tesadüflerin tamamen imkansız olduğu anlamına gelmediğini belirtiyor.
Ve şimdi "kar teorisi" üzerine yeni araştırmalar. Geçtiğimiz günlerde Kaliforniya Üniversitesi fizik profesörü Kenneth Libbrecht, kendi çalışmasıyla ilgili uzun yıllar süren araştırmaların sonuçlarını açıkladı. bilimsel grup. "İki özdeş kar tanesi görürseniz, bunlar yine de farklıdır!" - diyor profesör.
Libbrecht, kar moleküllerinin bileşiminde, kütlesi 16 g/mol olan yaklaşık her beş yüz oksijen atomuna karşılık, kütlesi 18 g/mol olan bir atomun bulunduğunu kanıtladı. Bir molekülün böyle bir atomla bağlarının yapısı, kristal kafes içindeki bağlantılar için sayısız seçenek önerecek şekildedir. Başka bir deyişle, eğer iki kar tanesi gerçekten aynı görünüyorsa, o zaman kimliklerinin yine de mikroskobik düzeyde doğrulanması gerekiyor.
Karın (ve özellikle kar tanelerinin) özelliklerini incelemek çocuk oyuncağı değildir. İklim değişikliğini incelerken kar ve kar bulutlarının doğası hakkında bilgi sahibi olmak çok önemlidir. Ve buzun alışılmadık ve keşfedilmemiş özelliklerinden bazıları pratik uygulama alanı bulabilir.
Proje çalışması AYNI KAR TANESİ VAR MI? Tamamlayan: Makar Zhikharev, 3. sınıf, Lyceum No. 179, St. Petersburg. Başkan: Agafonova S.V.
Bir kar yağışı sırasında, sıradan kar tanelerinin yapılarının, düzenliliğinin ve şekillerinin çeşitliliğinin şaşırtıcı karmaşıklığını gösterebileceğini nadiren düşünürüz. Bu çıplak gözle bile net bir şekilde görülebilmektedir ancak kar tanelerini mikroskopla incelediğimizde yeni ve çok şaşırtıcı detaylar karşımıza çıkacaktır.
ARAŞTIRMANIN PLANLANMASI AMACI: kar tanelerini incelemek, inanılmaz fenomen doğa. ARAŞTIRMANIN AMAÇLARI: Doğadaki kar tanelerinin gözlemlenmesi; kar taneleri oluşumunun incelenmesi; kar tanesi şekillerinin çeşitliliğini ve kar gıcırdamasının nedenlerini belirlemek; kar tanelerinin oluşumunu deneysel olarak gözlemlemek; öğrencilerin kar taneleri hakkındaki bilgilerini belirlemek;
HİPOTEZ Kar taneleri eridiğinde su oluşuyorsa, sudan da kar taneleri ortaya çıkar. Bu kadar çok kar tanesi varsa, doğada da olmalı büyük sayı aynı kar taneleri.
Çalışmanın konusu KAR TANESİ KAR
KAR TANESİ NEDİR Kar tanesi, buz kristallerinden oluşan karmaşık simetrik bir yapıdır. Kar ne zaman oluşur mikroskobik damlalar Bulutlardaki su, toz parçacıkları tarafından çekilerek donar. Ortaya çıkan buz kristalleri, havadaki nemin üzerlerinde yoğunlaşması sonucu düşerek büyür. Bu, altı köşeli kristal formlar üretir. Ve kar tanesi altı köşeli bir yıldız olarak yere gönderilir. ;
KAR TANESİNİN İNCELENMESİ Wilson A. Bentley Profesör Libbrecht
KAR TANESİLERİNİN İNCELENMESİ
DENEY 1 Su damlacıklarını dondurdum ama kar taneleri çıkmadı. Bu, karın su damlacıklarından görünmediği anlamına gelir. Su damlacıkları dolu veya buz yığınlarına dönüşebilir ancak kar tanelerine dönüşemez.
DENEY 2 Karda dışarı çıktım ve eldivenimi karın altına koydum. Üzerine birkaç kar tanesi düştü. Büyüteçle incelemeye başladım. Nezhinki ancak avucunuza düştüğünde net bir şekilde görülebilir. Küçük bir kuvvetin etkisi altında bile kırılırlar, bu da kar tanelerinin çok kırılgan olduğu anlamına gelir.
Kar taneleri nedir?
RÖPORTAJ Arkadaşımın eğitim gördüğü 619 numaralı okulda 3-A sınıfına devam eden 25 öğrenciyle röportaj yaptım. Görüşme sonuçlarına göre 25 erkekten 20'si kar tanesinin sudan oluştuğunu iddia ediyor; - 25 kişiden 24'ü aynı kar tanelerinin olduğunu iddia ediyor;
AYNI KAR TANESİLERİ HAKKINDA EFSANE
Kar taneleri HAKKINDA İLGİNÇ BİLGİLER
SONUÇLAR Konu üzerinde çalışarak hedefime ulaştım ve kar taneleri hakkında çok şey öğrendim. Çalışma ve araştırma sürecinde belirlediğim problemleri çözdüm. Ne yazık ki hipotezlerim doğrulanmadı. Bu nedenle kar tanelerinin nasıl oluştuğunu ve neye benzediğini artık tam olarak biliyoruz.
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ!!!
Her okul çocuğunun aşina olduğu, iki kar tanesinin birbirine benzemediği iddiası defalarca sorgulandı. Ancak Kaliforniyalıların eşsiz araştırması Teknoloji Üniversitesi buna gerçekten son rötuşları yapmayı başardık yılbaşı sorusu.
Kar, bulutlardaki mikroskobik su damlacıklarının toz parçacıklarına çekilmesi ve donması sonucu oluşur.
Başlangıçta çapı 0,1 mm'yi geçmeyen görünen buz kristalleri, üzerlerindeki havadan gelen nemin yoğunlaşması sonucu aşağı düşerek büyür. Bu, altı köşeli kristal formlar üretir.
Su moleküllerinin yapısından dolayı kristalin ışınları arasında yalnızca 60° ve 120°'lik açılar mümkündür. Ana su kristali düzlemsel bir şekle sahiptir düzenli altıgen. Daha sonra böyle bir altıgenin köşelerinde yeni kristaller biriktirilir, üzerlerinde yeni kristaller biriktirilir ve sonuç şu şekildedir: çeşitli formlar kar tanesi yıldızları.
Kaliforniya Üniversitesi fizik profesörü Kenneth Libbrecht, araştırma grubunun uzun yıllar süren araştırmalarının sonuçlarını açıkladı. "İki özdeş kar tanesi görürseniz, bunlar yine de farklıdır!" - diyor profesör.
Libbrecht, kar moleküllerinin bileşiminde, kütlesi 16 g/mol olan yaklaşık her beş yüz oksijen atomuna karşılık, kütlesi 18 g/mol olan bir atomun bulunduğunu kanıtladı.
Bir molekülün böyle bir atomla bağlarının yapısı, kristal kafes içindeki bağlantılar için sayısız seçenek önerecek şekildedir.
Başka bir deyişle, eğer iki kar tanesi gerçekten aynı görünüyorsa, o zaman kimliklerinin yine de mikroskobik düzeyde doğrulanması gerekir.
Karın (ve özellikle kar tanelerinin) özelliklerini incelemek çocuk oyuncağı değildir. İklim değişikliğini incelerken kar ve kar bulutlarının doğası hakkında bilgi sahibi olmak çok önemlidir.
Bilim insanları kar kristallerinin oluşumu için iki seçeneği belirliyor. İlk durumda, rüzgar tarafından sıcaklığın yaklaşık 40 ° C olduğu çok yüksek bir rakıma taşınan su buharı aniden donarak buz kristalleri oluşturabilir. Suyun daha yavaş donduğu bulutların alt katmanında, küçük bir toz zerresinin veya toprak parçacığının etrafında bir kristal oluşur. Bir kar tanesinde 2'den 200'e kadar sayıda bulunan bu kristal altıgen şeklindedir, dolayısıyla kar tanelerinin çoğu altı köşeli bir yıldızdır.
“Karlar Ülkesi”, sakinlerinin Tibet için bulduğu şiirsel isimdir.
Bir kar tanesinin şekli birçok faktöre bağlıdır: çevre sıcaklığı, nem, basınç. Bununla birlikte, 7 ana kristal türü vardır: plakalar (buluttaki sıcaklık -3 ila 0 ° C arasında ise), yıldız şeklindeki kristaller, sütunlar (-8 ila -5 ° C arasında), iğneler, uzaysal dendritler, uçlu sütunlar ve düzensiz şekiller. Bir kar tanesi düşerken dönerse şeklinin mükemmel simetrik olacağı, ancak yanlara veya başka bir şekilde düşerse o zaman olmayacağı dikkat çekicidir.
Buz kristalleri altıgendir: bir açıyla bağlanamazlar - yalnızca bir kenarla. Bu nedenle, bir kar tanesinin ışınları her zaman altı yönde büyür ve ışının dallanması yalnızca 60 veya 120°'lik bir açıyla uzanabilir.
2012 yılından bu yana, Ocak ayının sondan bir önceki Pazar günü “Dünya Kar Günü” kutlanıyor. Bu, Uluslararası Kayak Federasyonu tarafından başlatıldı.
Kar taneleri içerdikleri hava nedeniyle beyaz görünürler: ışık farklı frekanslar kristallerin arasındaki kenarlarda görüntülenir ve dağılır. Sıradan bir kar tanesinin boyutu yaklaşık 5 mm çapındadır ve kütlesi 0,004 g'dır.
"Alexander Nevsky" filminin müzikleri yapılırken, şeker ve tuz karışımının sıkılmasıyla kar gıcırdaması elde edildi.
Hiçbir kar tanesinin birbirine benzemediğine inanılıyor. Bu ilk kez 1885 yılında Amerikalı çiftçi Wilson Bentley'nin mikroskop altında bir kar tanesinin ilk başarılı fotoğrafını çekmesiyle kanıtlandı. 46 yılını buna adadı ve teorinin doğrulandığı 5.000'den fazla fotoğraf çekti.
Bunun nasıl düzenlenebileceğini görelim.
Bir su molekülü, birbirine bağlı bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. Donmuş su molekülleri birbirine bağlandığında, her molekül yakınına dört bağlı molekül daha alır: her bir molekülün üzerindeki tetrahedral köşelerin her birinde bir tane. Bu, su moleküllerinin bir kafes şekli oluşturmasına neden olur: altıgen (veya altıgen) kristal kafes. Ancak kuvars yataklarında bulunanlar gibi büyük buz "küpleri" oldukça nadirdir. En küçük ölçeklere ve konfigürasyonlara baktığınızda, bu kafesin üst ve alt düzlemlerinin çok sıkı bir şekilde paketlendiğini ve birbirine bağlandığını görürsünüz: iki tarafta "düz kenarlar" vardır. Geri kalan taraftaki moleküller daha açıktır ve ilave su molekülleri onlara daha rastgele bağlanır. Özellikle altıgen açılar en çok zayıf bağlar yani kristal büyümesinde altı katlı simetri gözlemliyoruz.
ve bir kar tanesinin büyümesi, bir buz kristalinin özel bir konfigürasyonu
Yeni yapılar daha sonra aynı simetrik desenlerde büyür ve belirli bir boyuta ulaştıklarında altıgen asimetriler halinde artar. Büyük, karmaşık kar kristalleri, mikroskop altında bakıldığında kolayca ayırt edilebilen yüzlerce özelliğe sahiptir. Ulusal Atmosfer Araştırmaları Merkezi'nden Charles Knight'a göre, tipik bir kar tanesini oluşturan yaklaşık 10 19 su molekülü arasında yüzlerce özellik yer alıyor. Bu işlevlerin her biri için yeni dalların oluşabileceği milyonlarca olası yer vardır. Bir kar tanesi pek çok özellikten biri haline gelmeden bu tür kaç tane yeni özellik oluşturabilir?
Dünya çapında her yıl yaklaşık 10 15 (katrilyon) metreküp kar yere düşüyor ve her metreküpte yaklaşık birkaç milyar (10 9) kar tanesi bulunuyor. Dünya yaklaşık 4,5 milyar yıldır var olduğundan tarih boyunca gezegene 1034 kar tanesi düştü. Ve istatistiksel açıdan bakıldığında, bir kar tanesinin ne kadar bireysel, benzersiz, simetrik dallanma özelliğine sahip olabileceğini ve Dünya tarihinin belirli bir noktasında bir ikizi olmasını bekleyebileceğini biliyor musunuz? Sadece beş. Oysa gerçek, büyük, doğal kar tanelerinde genellikle yüzlerce tane bulunur.
Bir kar tanesinde bir milimetre seviyesinde bile kopyalanması zor olan kusurları görebilirsiniz.
Ve yalnızca en sıradan seviyede yanlışlıkla iki özdeş kar tanesini görebilirsiniz. Ve eğer aşağı inmeye hazırsan moleküler seviye durum çok daha kötüleşecek. Tipik olarak oksijende 8 proton ve 8 nötron bulunurken, hidrojen atomunda 1 proton ve 0 nötron bulunur. Ancak 500 oksijen atomundan 1'inde 10 nötron vardır, 5000 hidrojen atomundan 1'inde 0 değil 1 nötron vardır. Mükemmel altıgen kar kristalleri oluştursanız ve Dünya gezegeninin tüm tarihi boyunca 10 34 kar kristali sayılmış olsa bile, bu birkaç bin molekül boyutuna (uzunluğundan daha az) düşmek için yeterli olacaktır. görünür ışık) gezegenin daha önce hiç görmediği benzersiz bir yapı bulmak.
Ancak atomik ve moleküler farklılıkları göz ardı edip "doğal" olanı terk ederseniz bir şansınız olur. Kaliforniya'dan kar tanesi araştırmacısı Kenneth Libbrecht Teknoloji Enstitüsü kar tanelerinin yapay "tek yumurta ikizlerini" oluşturmak için bir teknik geliştirdi ve bunları SnowMaster 9000 adı verilen özel bir mikroskop kullanarak fotoğrafladı.
Bunları laboratuvarda yan yana büyüterek birbirinden ayırt edilemeyen iki kar tanesi oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdi.
Caltech laboratuvarında yetiştirilen neredeyse birbirinin aynı iki kar tanesi
Neredeyse. Mikroskoptan kendi gözleriyle bakan bir insan için farksız olacaklar ama gerçekte aynı olmayacaklar. Tek yumurta ikizleri gibi pek çok farklılığa sahip olacaklar: farklı yerler molekül demetleri, farklı özellikler dallar ne kadar büyük olursa, bu farklılıklar da o kadar güçlü olur. Bu kar tanelerinin çok küçük olmasının nedeni budur, ancak mikroskop güçlüdür: daha az karmaşık olduklarında daha benzerdirler.
Caltech'teki bir laboratuvarda yetiştirilen neredeyse birbirinin aynı iki kar tanesi
Ancak birçok kar tanesi birbirine benzer. Ancak yapısal, moleküler veya yapısal olarak tamamen aynı kar taneleri arıyorsanız atom seviyesi doğa sana bunu asla vermeyecek. Bu olasılık sayısı yalnızca Dünya tarihi için değil, Evren tarihi açısından da büyüktür. Evrenin 13,8 milyar yıllık tarihinde birbirinin aynı iki kar tanesine sahip olmak için kaç gezegene ihtiyacınız olduğunu bilmek istiyorsanız, cevap 10 1000000000000000000000000 civarındadır. Gözlemlenebilir Evrende yalnızca 1080 atomun olduğu göz önüne alındığında, bu son derece düşük bir ihtimaldir. Yani evet, kar taneleri gerçekten eşsizdir. Ve bu hafif bir ifadeyle.