2 бірдей қар түйіршіктері бар ма? Қар теориясы: Бірдей екі қар ұшқыны болмайды. «Александр Невский» фильмін түсіру кезінде қант пен тұзды сығу арқылы қардың сықырлауы алынды.
Ғалымдар қар кристалдарының пайда болуының екі нұсқасын анықтайды. Бірінші жағдайда, желмен өте жоғары биіктікке тасымалданатын су буы, температурасы шамамен 40 ° C, кенеттен мұз кристалдарын түзе отырып, қатып қалуы мүмкін. Су баяу қататын бұлттардың төменгі қабатында шаңның немесе топырақтың кішкене бөлігінің айналасында кристал пайда болады. Бір қар ұшқынында 2-ден 200-ге дейін болатын бұл кристалдың пішіні алтыбұрышты, сондықтан снежинкалардың көпшілігі алты бұрышты жұлдыз болып табылады.
«Қар елі» – мұндай поэтикалық атауды Тибетке оның тұрғындары ойлап тапқан.
Қар ұшқынының пішіні көптеген факторларға байланысты: айналадағы температура, ылғалдылық, қысым. Осыған қарамастан, кристалдардың 7 негізгі түрі бөлінеді: пластиналар (егер бұлттағы температура -3-тен 0 ° C-қа дейін болса), жұлдызды кристалдар, бағандар (-8-ден -5 ° C-қа дейін), инелер, кеңістіктік дендриттер, бағаналар ұшы және дұрыс емес пішіндер. Бір қызығы, егер қар ұшқыны құлаған кезде айналатын болса, онда оның пішіні мінсіз симметриялы болады, бірақ егер ол бүйірден немесе басқа жолмен құласа, онда ол болмайды.
Мұз кристалдары алтыбұрышты: олар бұрышта қосыла алмайды - тек шетінде. Сондықтан, қар ұшқынының сәулелері әрқашан алты бағытта өседі, ал сәуленің тармақтары тек 60 немесе 120 ° бұрышпен кете алады.
2012 жылдан бастап Дүниежүзілік қар күні қаңтардың соңғы жексенбісінде тойланады. Бұған Халықаралық шаңғы федерациясы бастамашы болды.
Қар түйіршіктері құрамындағы ауаға байланысты ақ болып көрінеді: әртүрлі жиіліктегі жарық кристалдар арасындағы шеттерде шағылысып, шашыраңқы болады. Кәдімгі қар ұшқынының мөлшері диаметрі шамамен 5 мм, ал массасы 0,004 г.
«Александр Невский» фильмін түсіру кезінде қант пен тұзды сығу арқылы қардың сықырлауы алынды.
Екі бірдей қар түйіршіктері болмайды деп есептеледі. Бұл алғаш рет 1885 жылы американдық фермер Уилсон Бентли қар ұшқынының алғашқы сәтті микроскопиялық суретін түсірген кезде дәлелденді. Ол осыған 46 жыл арнады және 5000-нан астам фотосуреттер түсірді, соның негізінде теория расталды.
Табиғатта бірдей қар түйіршіктері кездеседі. Ерекше жағдайларда. Мұны алғаш рет 1988 жылы АҚШ-тың Атмосфералық зерттеулердің ұлттық орталығы тіркеді.
Фото: pixabay.com
Зерттеуші Нэнси Найт«Екеуі бірдей емес пе?» деген еңбегінде. табиғатта бірдей қар түйіршіктері кездесетінін дәлелдеді.
Найт дәл осындай снежинкаларды зертханада тәжірибе жүзінде алған соң осындай қорытындыға келді. Ол өз теориясын ықтималдық теориясы арқылы математикалық түрде дәлелдеді. Ол снежинкалардың 100-ден ерекшеленетін белгілерін шығарды, олар бойынша қар ұшқындарының әртүрлі нұсқаларының 10-нан 158 градусқа дейін бар екенін анықтауға болады. Ал, алынған сан шексіз үлкен болса да, бұл снежинкалардың сәйкес келу мүмкіндігін жоққа шығармайды, дейді Найт.
Сонымен бірге, сәйкес Калифорния университетінің физика профессоры Кеннет Либбрехт, сыртқы жағынан бірдей снежинкалардың ішкі құрылымында, атап айтқанда, кристалдық торда айырмашылықтар бар. Сондықтан пішіні мен атомдық құрылымы бойынша толығымен бірдей қар түйіршіктерін негізінен табуға болады деп айтуға болмайды.
Қар түйіршіктері қалай пайда болады және олардың пішіндері неге ерекшеленеді?
Қар түйіршіктерінің пайда болу процесі сұйық күйді айналып өтіп, газ фазасынан кристалдардың сублимациясын қамтиды. Қар ұшқынының пайда болуы кезінде су молекулалары бастапқы кристалдың пайда болған сәтінен бастап ретсіз өседі. Осылайша, қар ұшқынының өсуі ретсіз түрде жүреді.
Қар түйіршіктерінің өсуі температура мен ылғалдылық сияқты сыртқы жағдайларға байланысты. Осы және басқа жағдайларға байланысты молекулалардың жаңа қабаттары бір-бірінің үстіне қойылып, әр жолы қар ұшқынының жаңа пішінін құрайды.
Барлық қар түйіршіктерінің алты қыры болады, өйткені су молекулалары қатқанда олар ерекше тәртіппен қатар түзеді, нәтижесінде алтыбұрышты геометриялық пішін пайда болады.
Қар ұшқынының өсуі оның пайда болған ауа температурасымен анықталады. Температура неғұрлым төмен болса, соғұрлым қар ұшқынының мөлшері аз болады.
Қар түйіршіктерінің өсу бағыттары мұз кристалдарының алтыбұрышты болуына байланысты. Екі кристалды бұрышта қосу мүмкін емес, олар әрқашан бір-біріне бет арқылы бекітіледі. Сондықтан сәулелер әрқашан алты бағытта өседі, ал «бұтақ» сәуледен тек 60 немесе 120 градус бұрышта кете алады.
«Қар теориясын» зерттеудің пионері «Қар ұшқыны» лақап аты бар жас фермер Уилсон Элисон Бентли болды. Бала кезінен оны аспаннан түсетін кристалдардың ерекше пішіні қызықтырды. Америка Құрама Штаттарының солтүстігіндегі өзінің туған қаласы Иерихонда қар жиі жауатын және жас Уилсон көп уақытын сыртта қар түйіршіктерін зерттейтін.
Вислон «Қар түйіршіктері» Бентли
Bentley 15 жасқа толған туған күніне анасы берген камераны микроскопқа бейімдеп, қар бүршіктерін түсіруге тырысты. Бірақ технологияны жақсартуға бес жылға жуық уақыт қажет болды - тек 1885 жылдың 15 қаңтарында алғашқы анық сурет түсірілді.
Өмір бойы Вилсон 5000 түрлі қар түйіршіктерін суретке түсірген. Табиғаттың осы миниатюралық туындыларының сұлулығына тамсануын тоқтатқан емес. Өзінің шедеврлерін алу үшін Бентли нөлден төмен температурада жұмыс істеді, ол тапқан қар бүршіктерінің әрқайсысын қара фонға қойды.
Вильсонның еңбегін ғалымдар да, суретшілер де жоғары бағалады. Ол жиі ғылыми конференцияларда сөз сөйлеуге немесе көркем галереяларда фотосуреттерді көрсетуге шақырылды. Өкінішке орай, Бентли 65 жасында пневмониядан қайтыс болды, бірақ бірдей қар түйіршіктері жоқ екенін дәлелдемейді.
«Қар теориясының» таяқшасын жүз жылдан кейін Атмосфералық зерттеулердің ұлттық орталығының ғылыми қызметкері Нэнси Найт көтерді. 1988 жылы жарияланған мақаласында ол керісінше дәлелдеді - бірдей снежинкалар болуы мүмкін және болуы керек!
Доктор Найт зертханада снежинкаларды жасау процесін қайта шығаруға тырысты. Мұны істеу үшін ол бірнеше су кристалдарын өсірді, оларды бірдей өте салқындату және қанықтыру процестеріне ұшыратты. Тәжірибелердің нәтижесінде ол бір-біріне мүлдем ұқсамайтын снежинкаларды ала алды.
Одан әрі далалық бақылаулар және эксперименттік қателерді өңдеу Нэнси Найтқа бірдей қар түйіршіктерінің пайда болуы мүмкін және тек ықтималдық теориясымен анықталатынын дәлелдеуге мүмкіндік берді. Аспан кристалдарының салыстырмалы каталогын құрастырғаннан кейін Найт снежинкаларда 100 айырмашылық белгілері бар деген қорытындыға келді. Осылайша, сыртқы көрініс опцияларының жалпы саны - 100! анау. дерлік 10-нан 158-ші дәрежеге дейін.
Алынған сан ғаламдағы атомдар санынан екі есе көп! Бірақ бұл кездейсоқтықтар мүлдем мүмкін емес дегенді білдірмейді, - деп қорытындылайды доктор Найт өз жұмысында.
Ал енді – «қар теориясы» бойынша жаңа зерттеулер. Күні кеше Калифорния университетінің физика профессоры Кеннет Либбрехт өзінің ғылыми тобының көп жылғы зерттеулерінің нәтижелерін жариялады. «Егер сіз екі бірдей қар ұшқынын көрсеңіз, олар басқаша!» – дейді профессор.
Либбрехт массасы 16 г/моль оттегінің әрбір бес жүз атомына қар молекулаларының құрамында массасы 18 г/моль бір атом болатынын дәлелдеді. Молекуланың мұндай атоммен байланысының құрылымы кристалдық тордағы қосылыстардың сансыз көп нұсқаларын білдіреді. Басқаша айтқанда, егер екі қар ұшқыны шынымен бірдей болса, олардың жеке басын әлі де микроскопиялық деңгейде тексеру қажет.
Қардың (атап айтқанда, снежинкалардың) қасиеттерін үйрену - бұл баланың ойыны емес. Климаттың өзгеруін зерттеуде қар мен қар бұлттарының табиғаты туралы білімнің маңызы өте зор. Ал мұздың кейбір ерекше және зерттелмеген қасиеттері практикалық қолдануды таба алады.
Әрбір мектеп оқушысына таныс екі бірдей қар түйіршіктері жоқ деген мәлімдеме қайта-қайта күмән келтірді. Бірақ Калифорния технологиялық институтының бірегей зерттеулері бұл шын мәнінде жаңа жылдық мәселеге нүкте қоя алды.
Қар бұлттағы микроскопиялық су тамшылары шаң бөлшектеріне тартылып, қатып қалғанда пайда болады.
Бұл жағдайда пайда болатын, бастапқыда диаметрі 0,1 мм аспайтын мұз кристалдары ауадан ылғалдың конденсациялануы нәтижесінде төмен түсіп, өседі. Бұл жағдайда алты бұрышты кристалды формалар түзіледі.
Су молекулаларының құрылымына байланысты кристалдың сәулелері арасында тек 60° және 120° бұрыштар болуы мүмкін. Негізгі су кристалы жазықтықта дұрыс алтыбұрыштың пішініне ие. Содан кейін мұндай алтыбұрыштың төбелеріне жаңа кристалдар қойылады, олардың үстіне жаңалары қойылады, осылайша снежинка жұлдыздарының әртүрлі формалары алынады.
Калифорния университетінің физика профессоры Кеннет Либбрехт өзінің ғылыми тобының көп жылғы зерттеулерінің нәтижелерін жариялады. «Егер сіз екі бірдей қар ұшқынын көрсеңіз, олар басқаша!» дейді профессор.
Либбрехт массасы 16 г/моль оттегінің әрбір бес жүз атомына қар молекулаларының құрамында массасы 18 г/моль бір атом болатынын дәлелдеді.
Молекуланың мұндай атоммен байланысының құрылымы кристалдық тордағы қосылыстардың сансыз көп нұсқаларын білдіреді.
Басқаша айтқанда, егер екі қар ұшқыны шынымен бірдей болса, олардың жеке басын әлі де микроскопиялық деңгейде тексеру қажет.
Қардың (атап айтқанда, снежинкалардың) қасиеттерін үйрену - бұл баланың ойыны емес. Климаттың өзгеруін зерттеуде қар мен қар бұлттарының табиғаты туралы білімнің маңызы өте зор.
Қыста табиғат тамаша: жылдамдықты бір минутқа бәсеңдетіп, қар басқан ағаштарға, үлпілдек қар үйінділеріне қарап, қолды созу керек – оған бірнеше қар түйіршіктері түседі. Табиғаттың осы миниатюралық туындыларынан әдемі және салмақсыз ештеңе жоқ.
Олардың әдемі өрнегі аз ғана уақытқа таңдануға болатыны қандай өкінішті.
Сіз мәлімдемені естіген шығарсыз: екі бірдей қар түйіршіктері жоқ. Осы «қыс мәселесін» қарастырайық.
Бір қарағанда, снежинкалардың пайда болу процесі өте күрделі. Мұнда элементар бөлшектердің өзара әрекеттесуінің физикалық заңдылықтары қатысады. Атмосферада нөлден төмен температурада су молекулалары шаң молекулаларына тартылып, қатып, алты бұрышты кристалдар түзеді. Кристаллдың жеке сәулелерінің арасында су молекуласының құрылымының ерекшеліктеріне байланысты тек 60 немесе 120 градус бұрыштар болуы мүмкін, ал алтыбұрыштың шыңдарын біріктіретін жаңа кристалдардың арқасында қар бүршіктерінің әртүрлі пішіндері мен үлгілері пайда болады.
Осылайша, біз мынаны білдік:
- Қар түйіршіктері мұз бұлтының ішінде сұйық фазаны айналып өтіп, будан пайда болады.
- Қар түйіршіктерінің өсуі сыртқы жағдайларға байланысты: ылғалдылық пен ауа температурасы.
- Қар түйіршіктерінің «эмбриондары» алтыбұрышты пішінді.
- Қар ұшқынының пішіні атмосферадан өткенде өзгеруі мүмкін.
- Қар ұшқынының түсу жылдамдығы 15 м/мин.
- Қар ұшқынын құрайтын мұз мөлдір.
Соңғы фактіні толығырақ қарастырайық. Қар ұшқыны мөлдір болса, қар неге ақ болады? Физика заңдары бұл сұраққа жауап береді: қар түйіршіктерінің шетінен шағылысқан жарық ақ массаның әсерін тудырады, оны біз қар деп атаймыз.
Сонымен, снежинкалардың пайда болу процесі көптеген адамдарды қызықтырды.
«Қар» теориясының бастаушылары фермер В.Е. Бентли және доктор Н. Найт.
Bentley өмір бойы қар бүршіктерінің фотосуреттерінің үлкен жинағын жасады, бұл ғалымдарды да, фотографтарды да қызықтырды. Доктор Найт зертханада снежинкалардың пайда болуын жаңғырта алды.
Олардың білімі мен ғылыми жұмысын Калифорния университетінің профессоры К.Либбрехт жүйелеп, осы мәселені зерттеу барысында: «Егер сіз екі бірдей қар ұшқынын көрсеңіз, олар бәрібір басқаша!» деген тұжырым жасады.
Ол кристалдық торды құрайтын молекулалар мен атомдардың қосылу тәсілдерінің алуан түрлі болуы мүмкін екенін түсіндіре отырып, өз тұжырымын ғылыми негіздеді.
Либбрехт қар бүршіктері көзбен қарағанда бірдей көрінуі мүмкін екенін, бірақ микроскоппен қарасаңыз, өрнек мүлде басқаша болатынын айтты!
Енді сіз білесіз, егер қар терезенің сыртына түссе, қар бүршіктерінің әрқайсысы өзінше ерекше және қайталанбас әдемі болады!
