Sunt 2 fulgi de nea identici? Teoria zăpezii: Nu există doi fulgi de zăpadă la fel. La filmul „Alexander Nevsky”, scârțâitul zăpezii a fost obținut prin stoarcerea amestecului de zahăr și sare.

Oamenii de știință identifică două opțiuni pentru formarea cristalelor de zăpadă. În primul caz, vaporii de apă transportați de vânt la o altitudine foarte mare, unde temperatura este de aproximativ 40 ° C, pot îngheța brusc, formând cristale de gheață. În stratul inferior al norilor, unde apa îngheață mai lent, se creează un cristal în jurul unei mici bucăți de praf sau sol. Acest cristal, dintre care există de la 2 la 200 într-un fulg de zăpadă, are forma unui hexagon, așa că majoritatea fulgilor de zăpadă sunt o stea cu șase colțuri.

„Țara zăpezilor” - un astfel de nume poetic a fost inventat pentru Tibet de către locuitorii săi.

Forma unui fulg de zăpadă depinde de mulți factori: temperatura din jur, umiditatea, presiunea. Cu toate acestea, se disting 7 tipuri principale de cristale: plăci (dacă temperatura în nor este de la -3 la 0 ° C), cristale stelate, coloane (de la -8 la -5 ° C), ace, dendrite spațiale, coloane cu un vârf și forme greșite. Este de remarcat faptul că, dacă fulgul de zăpadă se rotește la cădere, atunci forma sa va fi perfect simetrică, iar dacă cade lateral sau într-un alt fel, atunci nu va fi.

Cristalele de gheață sunt hexagonale: nu se pot conecta la un unghi - doar la o margine. Prin urmare, razele unui fulg de zăpadă cresc întotdeauna în șase direcții, iar ramificarea din fascicul poate pleca doar la un unghi de 60 sau 120 °.

Din 2012, Ziua Mondială a Zăpezii este sărbătorită în penultima duminică a lunii ianuarie. Acest lucru a fost inițiat de Federația Internațională de Schi.

Fulgii de zăpadă apar albi din cauza aerului pe care îl conțin: lumina de diferite frecvențe este reflectată pe marginile dintre cristale și împrăștiată. Dimensiunea unui fulg de zăpadă obișnuit este de aproximativ 5 mm în diametru, iar masa este de 0,004 g.

La scorul filmului „Alexander Nevsky”, scârțâitul zăpezii a fost obținut prin stoarcerea amestecului de zahăr și sare.

Se crede că nu există doi fulgi de zăpadă la fel. Acest lucru a fost dovedit pentru prima dată în 1885, când fermierul american Wilson Bentley a făcut prima fotografie microscopică de succes a unui fulg de zăpadă. I-a dedicat 46 de ani acestui lucru și a făcut peste 5.000 de fotografii, pe baza cărora a fost confirmată teoria.

Fulgi de zăpadă identici se găsesc în natură. În cazuri excepționale. Acest lucru a fost înregistrat pentru prima dată de Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică din SUA în 1988.

Foto: pixabay.com

Cercetător Nancy Knightîn lucrarea sa „No Two Alike?” a demonstrat că fulgi de zăpadă identici pot apărea în natură.

Knight a ajuns la această concluzie după ce a obținut experimental aceiași fulgi de zăpadă în laborator. Ea și-a demonstrat teoria matematic, prin teoria probabilității. Ea a dedus 100 de trăsături distinctive ale fulgilor de zăpadă, după care se poate aprecia că există 10 până la 158 de grade de diferite variante de fulgi de zăpadă. Și, deși numărul rezultat este infinit de mare, acest lucru nu exclude posibilitatea de a potrivi fulgii de zăpadă, argumentează Knight.

În același timp, conform profesor de fizică la Universitatea din California Kenneth Libbrecht, fulgii de zăpadă identici în exterior au diferențe în structura internă, și anume în rețeaua cristalină. Prin urmare, nu se poate spune că, în principiu, este posibil să găsiți fulgi de zăpadă complet identici ca formă și structură atomică.

Cum se formează fulgii de zăpadă și de ce sunt diferite formele lor?

Procesul de formare a fulgilor de nea presupune sublimarea cristalelor din faza gazoasa, ocolind starea lichida. În timpul formării unui fulg de zăpadă, moleculele de apă cresc aleatoriu din momentul formării cristalului inițial. Astfel, creșterea unui fulg de zăpadă se desfășoară într-o manieră neordonată.

Creșterea fulgilor de zăpadă depinde de condițiile externe, cum ar fi temperatura și umiditatea. În funcție de acestea și de alte condiții, noi straturi de molecule se suprapun unele peste altele, formând de fiecare dată o nouă formă de fulg de zăpadă.

Toți fulgii de zăpadă au șase laturi, deoarece atunci când moleculele de apă îngheață, se aliniază într-o ordine specială, rezultând o formă geometrică hexagonală.

Creșterea unui fulg de zăpadă este determinată de temperatura aerului la care s-a format. Cu cât temperatura este mai mică, cu atât dimensiunea fulgului de zăpadă este mai mică.

Direcțiile de creștere a fulgilor de zăpadă se datorează faptului că cristalele de gheață sunt hexagonale. Două cristale nu pot fi conectate într-un unghi, ele sunt întotdeauna atașate unul de celălalt printr-o față. Prin urmare, razele cresc întotdeauna în șase direcții, iar o „ramură” poate pleca de la fascicul doar la un unghi de 60 sau 120 de grade.

Pionierul studiului „teoriei zăpezii” a fost tânărul fermier Wilson Alison Bentley, supranumit „Fulg de zăpadă”. Din copilărie, a fost atras de forma neobișnuită a cristalelor care cădeau din cer. În orașul său natal, Jericho, din nordul Statelor Unite, zăpada erau o întâmplare obișnuită, iar tânărul Wilson a petrecut mult timp afară studiind fulgii de nea.

Wislon „Fulgi de zăpadă” Bentley

Bentley a adaptat o cameră la un microscop dat de mama lui pentru a 15-a aniversare și a încercat să surprindă fulgi de zăpadă. Dar a fost nevoie de aproape cinci ani pentru a îmbunătăți tehnologia - abia pe 15 ianuarie 1885 a fost făcută prima fotografie clară.

De-a lungul vieții sale, Wilson a fotografiat 5.000 de fulgi de zăpadă diferiți. Nu a încetat să admire frumusețea acestor lucrări în miniatură ale naturii. Pentru a-și obține capodoperele, Bentley a lucrat la temperaturi sub zero, plasând fiecare fulgi de zăpadă pe care i-a găsit pe un fundal negru.

Munca lui Wilson a fost lăudată atât de oameni de știință, cât și de artiști. A fost adesea invitat să vorbească la conferințe științifice sau să expună fotografii în galerii de artă. Din păcate, Bentley a murit la vârsta de 65 de ani de pneumonie, fără a dovedi că nu există fulgi de nea identici.

Bagheta „teoriei zăpezii” a fost luată o sută de ani mai târziu de Nancy Knight, cercetător la Centrul Național pentru Cercetări Atmosferice. Într-o lucrare publicată în 1988, ea a dovedit contrariul - fulgi de zăpadă identici pot și ar trebui să existe!

Dr. Knight a încercat să reproducă procesul de construire a fulgilor de zăpadă în laborator. Pentru a face acest lucru, ea a crescut mai multe cristale de apă, supunându-le acelorași procese de suprarăcire și suprasaturare. În urma experimentelor, ea a reușit să obțină fulgi de zăpadă absolut identici între ei.

Observații ulterioare pe teren și procesarea erorilor experimentale i-au permis lui Nancy Knight să afirme că apariția fulgilor de nea identici este posibilă și este determinată doar de teoria probabilității. După ce a alcătuit un catalog comparativ al cristalelor cerești, Knight a concluzionat că fulgii de zăpadă au 100 de semne de diferență. Astfel, numărul total de opțiuni de apariție este de 100! acestea. aproape 10 la puterea a 158-a.

Numărul rezultat este de două ori mai mare decât numărul de atomi din univers! Dar asta nu înseamnă că coincidențele sunt complet imposibile - conchide Dr. Knight în lucrarea sa.

Și acum - noi cercetări despre „teoria zăpezii”. Zilele trecute, profesorul de fizică la Universitatea din California, Kenneth Libbrecht, a publicat rezultatele multor ani de cercetări ale grupului său științific. „Dacă vezi doi fulgi de nea identici, ei sunt totuși diferiți!” – spune profesorul.

Libbrecht a demonstrat că pentru fiecare cinci sute de atomi de oxigen cu o masă de 16 g/mol, există un atom cu o masă de 18 g/mol în compoziția moleculelor de zăpadă. Structura legăturilor unei molecule cu un astfel de atom este de așa natură încât implică un număr nenumărat de opțiuni pentru compușii din rețeaua cristalină. Cu alte cuvinte, dacă doi fulgi de zăpadă arată într-adevăr la fel, atunci identitatea lor trebuie încă verificată la nivel microscopic.

Învățarea proprietăților zăpezii (și a fulgilor de zăpadă în special) nu este o joacă de copii. Cunoștințele despre natura zăpezii și a norilor de zăpadă sunt foarte importante în studiul schimbărilor climatice. Iar unele dintre proprietățile neobișnuite și neexplorate ale gheții pot găsi, de asemenea, aplicații practice.

Familiarizată pentru fiecare școlar, afirmația că nu există doi fulgi de nea identici a fost pusă sub semnul întrebării. Dar studiile unice ale Institutului de Tehnologie din California au reușit să pună capăt acestei probleme cu adevărat de Anul Nou.

Zăpada se formează atunci când picăturile microscopice de apă din nori sunt atrase de particulele de praf și îngheață.

Cristalele de gheață care apar în acest caz, care la început nu depășesc 0,1 mm în diametru, cad și cresc ca urmare a condensului umidității din aer pe ele. În acest caz, se formează forme cristaline cu șase vârfuri.

Datorită structurii moleculelor de apă, între razele cristalului sunt posibile doar unghiuri de 60° și 120°. Cristalul principal de apă are forma unui hexagon regulat în plan. Pe vârfurile unui astfel de hexagon se depun apoi cristale noi, pe ele se depun altele noi și astfel se obțin diverse forme de stele fulgi de nea.

Profesorul de fizică la Universitatea din California, Kenneth Libbrecht, a publicat rezultatele multor ani de cercetări ale grupului său științific. „Dacă vezi doi fulgi de nea identici, ei sunt totuși diferiți!” spune profesorul.

Libbrecht a demonstrat că pentru fiecare cinci sute de atomi de oxigen cu o masă de 16 g/mol, există un atom cu o masă de 18 g/mol în compoziția moleculelor de zăpadă.

Structura legăturilor unei molecule cu un astfel de atom este de așa natură încât implică un număr nenumărat de opțiuni pentru compușii din rețeaua cristalină.

Cu alte cuvinte, dacă doi fulgi de zăpadă arată într-adevăr la fel, atunci identitatea lor trebuie încă verificată la nivel microscopic.

Învățarea proprietăților zăpezii (și a fulgilor de zăpadă în special) nu este o joacă de copii. Cunoștințele despre natura zăpezii și a norilor de zăpadă sunt foarte importante în studiul schimbărilor climatice.

Natura este frumoasă iarna: trebuie doar să încetinești pentru un minut, să te uiți la copacii acoperiți de zăpadă, la pufurile de zăpadă și să întinzi mâna - în timp ce câțiva fulgi de zăpadă cad pe ea. Nu există nimic mai frumos și mai lipsit de greutate decât aceste lucrări în miniatură ale naturii.

Ce păcat că modelul lor frumos nu poate fi admirat decât pentru scurt timp.

Poate că ați auzit afirmația: nu există doi fulgi de zăpadă la fel. Să ne uităm la această „problemă de iarnă”.

Procesul de formare a fulgilor de zăpadă la prima vedere este foarte complicat. Aici sunt implicate legile fizice ale interacțiunilor particulelor elementare. În atmosferă, la temperaturi sub zero, moleculele de apă sunt atrase de moleculele de praf și se solidifică, formând cristale cu șase vârfuri. Între razele individuale ale cristalului, datorită particularităților structurii moleculei de apă, sunt posibile unghiuri de numai 60 sau 120 de grade și se formează diverse forme și modele de fulgi de zăpadă datorită noilor cristale care unesc vârfurile hexagonului.

Astfel, am aflat că:

• Fulgii de zăpadă se formează în interiorul unui nor de gheață din vapori, ocolind faza lichidă.
• Creșterea fulgilor de zăpadă depinde de condițiile externe: umiditatea și temperatura aerului.
• „Embrionii” fulgilor de zăpadă au formă hexagonală.
• Forma unui fulg de nea se poate schimba pe măsură ce trece prin atmosferă.
• Viteza de cădere a unui fulg de zăpadă este de 15 m/min.
• Gheața care formează fulgul de nea este transparentă.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra ultimului fapt. De ce zăpada este albă dacă un fulg de nea este transparent? Legile fizicii răspund la această întrebare: lumina, reflectată de marginile fulgilor de zăpadă, creează impresia unei mase albe, pe care o numim zăpadă.

Deci, procesul de formare a fulgilor de zăpadă a entuziasmat multe minți.

Pionierii în teoria „zăpezii” au fost fermierul W.E. Bentley și Dr. N. Knight.

Bentley a creat o colecție imensă de fotografii cu fulgi de zăpadă de-a lungul vieții sale, care i-au interesat atât pe oameni de știință, cât și pe fotografi. Dr. Knight a reușit să reproducă formarea fulgilor de zăpadă în laborator.

Cunoștințele și munca lor științifică au fost sistematizate de profesorul de la Universitatea din California K. Libbrecht, care, în procesul de studiu a acestei probleme, a înaintat afirmația: „Dacă vezi doi fulgi de nea identici, ei sunt totuși diferiți!”.

El a fost cel care și-a fundamentat științific afirmația, explicând că moleculele și atomii care formează o rețea cristalină pot avea o mare varietate de moduri de a se conecta.

Libbrecht a declarat că vizual, fulgii de zăpadă pot arăta la fel, dar dacă îi privești la microscop, modelul va fi complet diferit!

Acum știi, dacă zăpada cade în afara ferestrei, fiecare dintre fulgi de nea va fi unic și inimitabil de frumos în felul său!