Perché non ci sono fiocchi di neve identici? Teoria della neve: non esistono due fiocchi di neve uguali Esistono 2 fiocchi di neve uguali?

La natura in inverno è meravigliosa: devi solo rallentare per un minuto, guardare gli alberi innevati, i soffici cumuli di neve e allungare il palmo della mano: su di esso cadranno alcuni fiocchi di neve. Non c'è niente di più bello e leggero di queste opere della natura in miniatura.

Peccato che i loro bellissimi motivi possano essere ammirati solo per poco tempo.

Potresti aver sentito l'affermazione: non esistono due fiocchi di neve uguali. Diamo un'occhiata a questa “questione invernale”.

A prima vista, il processo di formazione dei fiocchi di neve è molto complesso. Qui sono coinvolte le leggi fisiche delle interazioni delle particelle elementari. Nell'atmosfera, a temperature inferiori allo zero, le molecole d'acqua sono attratte dalle molecole di polvere e si solidificano, formando cristalli a sei punte. Tra i singoli raggi del cristallo, a causa della struttura della molecola d'acqua, sono possibili angoli di soli 60 o 120 gradi, e varie forme e motivi di fiocchi di neve si formano grazie a nuovi cristalli che si uniscono ai vertici dell'esagono.

Pertanto, abbiamo scoperto che:

• I fiocchi di neve si formano all'interno di una nuvola di ghiaccio dal vapore, bypassando la fase liquida.
• La crescita dei fiocchi di neve dipende dalle condizioni esterne: umidità e temperatura dell'aria.
• Gli “embrioni” dei fiocchi di neve hanno una forma esagonale.
• La forma di un fiocco di neve può cambiare mentre attraversa l'atmosfera.
• La velocità di caduta di un fiocco di neve è di 15 m/minuto.
• Il ghiaccio che forma il fiocco di neve è trasparente.

Diamo uno sguardo più da vicino all'ultimo fatto. Perché se il fiocco di neve è trasparente allora la neve è bianca? Le leggi della fisica rispondono a questa domanda: la luce, riflessa dai bordi dei fiocchi di neve, crea l'impressione di una massa bianca, che chiamiamo neve.

Quindi, il processo di formazione dei fiocchi di neve ha preoccupato molte menti.

I pionieri della teoria della “neve” furono l’agricoltore W.E. Bentley e il dottor N. Knight.

Nel corso della sua vita, Bentley ha creato un'enorme collezione di fotografie di fiocchi di neve, che hanno interessato sia scienziati che fotografi. Il Dr. Knight è riuscito a riprodurre in laboratorio il processo di formazione dei fiocchi di neve.

La loro conoscenza e il lavoro scientifico sono stati sistematizzati da un professore dell'Università della California, K. Libbrecht, che, nel processo di studio di questo problema, ha avanzato l'affermazione: "Se vedi due fiocchi di neve identici, sono ancora diversi!"

È stato lui a dimostrare scientificamente la sua affermazione, spiegando che le molecole e gli atomi che formano un reticolo cristallino possono avere un'enorme varietà di modi di connettersi.

Libbrecht ha affermato che visivamente i fiocchi di neve possono sembrare uguali, ma se visti al microscopio, i modelli saranno completamente diversi!

Ora sai, se la neve cade fuori dalla finestra, ognuno dei fiocchi di neve sarà unico e inimitabilmente bello a modo suo!

Gli scienziati identificano due opzioni per la formazione dei cristalli di neve. Nel primo caso, il vapore acqueo trasportato dal vento ad altitudini molto elevate, dove la temperatura è di circa 40°C, può ghiacciare improvvisamente, formando cristalli di ghiaccio. Nello strato inferiore delle nuvole, dove l'acqua congela più lentamente, attorno a un piccolo granello di polvere o particella di terreno si crea un cristallo. Questo cristallo, di cui ce ne sono da 2 a 200 in un fiocco di neve, ha la forma di un esagono, quindi la maggior parte dei fiocchi di neve sono una stella a sei punte.

"Terra delle nevi" - questo è il nome poetico che i suoi abitanti hanno inventato per il Tibet.

La forma di un fiocco di neve dipende da molti fattori: temperatura circostante, umidità, pressione. Tuttavia, esistono 7 tipi principali di cristalli: piastre (se la temperatura nella nuvola va da -3 a 0 ° C), cristalli a forma di stella, colonne (da -8 a -5 ° C), aghi, dendriti spaziali, colonne a punta e forme irregolari. È interessante notare che se un fiocco di neve ruota mentre cade, la sua forma sarà perfettamente simmetrica, ma se cade lateralmente o in qualche altro modo, non lo farà.

I cristalli di ghiaccio sono esagonali: non possono essere collegati da un angolo, ma solo da un bordo. Pertanto i raggi di un fiocco di neve crescono sempre in sei direzioni e la ramificazione del raggio può estendersi solo con un angolo di 60 o 120°.

Dal 2012, la penultima domenica di gennaio, si celebra la “Giornata Mondiale della Neve”. L'iniziativa è stata lanciata dalla Federazione Internazionale dello Sci.

I fiocchi di neve appaiono bianchi a causa dell'aria che contengono: la luce di diverse frequenze viene riflessa sui bordi tra i cristalli e dispersa. La dimensione di un normale fiocco di neve ha un diametro di circa 5 mm e la sua massa è di 0,004 g.

Durante la colonna sonora del film "Alexander Nevsky", lo scricchiolio della neve è stato ottenuto spremendo una miscela di zucchero e sale.

Si ritiene che non esistano due fiocchi di neve uguali. Ciò fu dimostrato per la prima volta nel 1885, quando il contadino americano Wilson Bentley scattò la prima fotografia riuscita di un fiocco di neve al microscopio. A questo dedicò 46 anni e scattò più di 5.000 fotografie, sulla base delle quali la teoria fu confermata.

Fiocchi di neve identici si trovano in natura. In casi eccezionali. Questo è stato registrato per la prima volta dagli specialisti del Centro nazionale statunitense per la ricerca atmosferica nel 1988.

Foto: pixabay.com

Ricercatore Nancy Cavaliere nella sua opera “No Two Alike?” ha dimostrato che in natura si possono trovare fiocchi di neve identici.

Knight è giunto a questa conclusione dopo aver ottenuto sperimentalmente fiocchi di neve identici in condizioni di laboratorio. Ha dimostrato matematicamente la sua teoria, attraverso la teoria della probabilità. Ha derivato 100 caratteristiche distintive dei fiocchi di neve, da cui si può giudicare che esistono da 10 alla 158a potenza di diverse varianti di fiocchi di neve. E sebbene il numero risultante sia infinitamente grande, ciò non esclude la possibilità della coincidenza dei fiocchi di neve, dice Knight.

Allo stesso tempo, secondo Professore di Fisica presso l'Università della California Kenneth Libbrecht, i fiocchi di neve esternamente identici presentano differenze nella loro struttura interna, vale a dire nel reticolo cristallino. Pertanto, non si può dire che in linea di principio sia possibile trovare fiocchi di neve completamente identici nella forma e nella struttura atomica.

Come si formano i fiocchi di neve e perché hanno forme diverse?

Il processo di formazione del fiocco di neve prevede la sublimazione dei cristalli dalla fase gassosa, bypassando lo stato liquido. Quando si forma un fiocco di neve, le molecole d'acqua crescono in modo caotico dal momento in cui si forma il cristallo iniziale. Pertanto, il fiocco di neve cresce in modo disordinato.

La crescita dei fiocchi di neve dipende dalle condizioni esterne, come temperatura e umidità. A seconda di queste e altre condizioni, nuovi strati di molecole si sovrappongono l'uno all'altro, formando ogni volta una nuova forma di fiocco di neve.

Tutti i fiocchi di neve hanno sei lati, perché quando le molecole d'acqua si congelano, si allineano in un ordine speciale, risultando in una figura geometrica esagonale.

La crescita di un fiocco di neve è determinata dalla temperatura dell'aria alla quale è avvenuta la sua formazione. Più bassa è la temperatura, più piccolo sarà il fiocco di neve.

Le direzioni di crescita dei fiocchi di neve sono dovute al fatto che i cristalli di ghiaccio sono esagonali. Due cristalli non possono essere collegati da un angolo; sono sempre collegati tra loro da un bordo. Pertanto, i raggi crescono sempre in sei direzioni e un “ramo” può estendersi dal raggio solo con un angolo di 60 o 120 gradi.

Il pioniere dello studio della “teoria della neve” fu il giovane agricoltore Wilson Alison Bentley, soprannominato “Fiocco di neve”. Fin dall'infanzia è stato attratto dalla forma insolita dei cristalli che cadevano dal cielo. Nella sua città natale di Jericho, nel nord degli Stati Uniti, le nevicate erano un evento regolare e il giovane Wilson trascorreva molto tempo fuori a studiare i fiocchi di neve.

Whislon "Fiocchi di neve" Bentley

Bentley adattò una macchina fotografica al microscopio che sua madre gli regalò per il suo quindicesimo compleanno e cercò di catturare i fiocchi di neve. Ma ci vollero quasi cinque anni per migliorare la tecnologia: solo il 15 gennaio 1885 fu ottenuta la prima immagine chiara.

Nel corso della sua vita, Wilson ha fotografato 5.000 fiocchi di neve diversi. Non ha mai smesso di ammirare la bellezza di queste opere in miniatura della natura. Per ottenere i suoi capolavori, Bentley lavorò a temperature sotto lo zero, posizionando ogni fiocco di neve completo su uno sfondo nero.

Il lavoro di Wilson è stato molto apprezzato sia dagli scienziati che dagli artisti. È stato spesso invitato a parlare in convegni scientifici o ad esporre fotografie in gallerie d'arte. Sfortunatamente, Bentley morì di polmonite all’età di 65 anni, senza mai dimostrare che non esistono due fiocchi di neve uguali.

Il testimone della “teoria della neve” fu raccolto cento anni dopo dalla ricercatrice Nancy Knight del Centro nazionale per la ricerca atmosferica. In un articolo pubblicato nel 1988, ha dimostrato l’affermazione opposta: possono e devono esistere fiocchi di neve identici!

Il dottor Knight ha provato a riprodurre il processo di costruzione dei fiocchi di neve in laboratorio. Per fare ciò, ha fatto crescere diversi cristalli d’acqua, sottoponendoli agli stessi processi di sottoraffreddamento e sovrasaturazione. Come risultato dei suoi esperimenti, è riuscita a ottenere fiocchi di neve assolutamente identici tra loro.

Ulteriori osservazioni sul campo e l'elaborazione degli errori sperimentali hanno permesso a Nancy Knight di affermare che il verificarsi di fiocchi di neve identici è possibile ed è determinato solo dalla teoria della probabilità. Dopo aver compilato un catalogo comparativo dei cristalli celesti, Knight concluse che i fiocchi di neve hanno 100 segni di differenza. Pertanto, il numero totale di opzioni di aspetto è 100! quelli. quasi 10 alla 158a potenza.

Il numero risultante è due volte più grande del numero di atomi nell'Universo! Ma questo non significa che le coincidenze siano del tutto impossibili, conclude il dottor Knight nel suo lavoro.

E ora - nuove ricerche sulla “teoria della neve”. Recentemente, il professore di fisica dell'Università della California Kenneth Libbrecht ha annunciato i risultati di molti anni di ricerca condotta dal suo gruppo scientifico. "Se vedi due fiocchi di neve identici, sono comunque diversi!" - dice il professore.

Libbrecht dimostrò che nella composizione delle molecole della neve, per circa ogni cinquecento atomi di ossigeno con una massa di 16 g/mol, ce n'è uno con una massa di 18 g/mol. La struttura dei legami di una molecola con un tale atomo è tale da suggerire un numero innumerevole di opzioni per le connessioni all'interno del reticolo cristallino. In altre parole, se due fiocchi di neve sembrano davvero uguali, la loro identità deve ancora essere verificata a livello microscopico.

Studiare le proprietà della neve (e, in particolare, dei fiocchi di neve) non è un gioco da ragazzi. La conoscenza della natura della neve e delle nubi di neve è molto importante quando si studia il cambiamento climatico. E alcune delle proprietà insolite e inesplorate del ghiaccio possono trovare applicazione pratica.

Sommario.

Introduzione.

Capitolo 1.

1.1.Origine dei fiocchi di neve.

1.2.Ci sono fiocchi di neve identici?

Capitolo 2. I miei esperimenti.

Capitolo 3. Fatti interessanti sui fiocchi di neve.

4. Conclusione.

5. Fonti utilizzate.

SCOPO DELLO STUDIO:

studia i fiocchi di neve come uno straordinario fenomeno naturale.

GLI OBIETTIVI DELLA RICERCA :

osservare i fiocchi di neve in natura;

studiare la formazione dei fiocchi di neve;

identificare la varietà delle forme dei fiocchi di neve;

osservare sperimentalmente la formazione dei fiocchi di neve;

identificare la conoscenza degli studenti sui fiocchi di neve.

IPOTESI.

Se l'acqua si forma quando i fiocchi di neve si sciolgono, i fiocchi di neve compaiono dall'acqua.

Se ci sono così tanti fiocchi di neve, allora in natura devono esserci un gran numero di fiocchi di neve identici.

MATERIA DI STUDIO.

fiocchi di neve

nevicare

RILEVANZA DELL'ARGOMENTO. Ogni bambino è molto curioso e tutti si chiedono cosa, dove, come...?

METODI DI RICERCA:

1. Studiare la letteratura sui fiocchi di neve.

2. Fotografare i fiocchi di neve.

3. Conduzione di esperimenti.

4. Analisi del lavoro svolto.

Tempo di studiare:gennaio febbraio2017.

Introduzione.

Inizierò con una poesia toccante, tenera e ammaliante su un fiocco di neve.

Fiocco di neve.

Fiocco di neve bianco soffice e leggero,

Quanto puro, quanto coraggioso!

La strada tempestosa scorre facilmente,

Non sulle alture azzurre: chiede di atterrare.

Scivola abilmente nei raggi splendenti

Tra i fiocchi che si sciolgono è ancora bianco.

Ma ora la lunga strada finisce,

Una stella di cristallo tocca la terra.

Si trova un coraggioso e soffice fiocco di neve

Com'è puro, com'è bianco!

(Konstantin Balmont)

Capitolo 1.

1.1.Origine dei fiocchi di neve.

C'è la neve. I fiocchi di neve volano. Cosa c'è di insolito qui? L'inverno è appena arrivato. Eppure, questo è un altro miracolo della natura che questo meraviglioso mondo ci ha regalato! Incredibile bellezza, non è vero? È davvero sorprendente tutto intorno a noi. Quindi, quando vola la neve o i fiocchi di neve, tu ed io osserviamo non solo il fenomeno dell'inverno sulla terra, ma un vero miracolo della natura degno di studio.

Un fiocco di neve è una struttura simmetrica complessa costituita da cristalli di ghiaccio. La neve si forma quando microscopiche goccioline d'acqua nelle nuvole vengono attratte dalle particelle di polvere e si congelano. I cristalli di ghiaccio che appaiono cadono e crescono a causa della condensazione dell'umidità dell'aria su di essi. Questo produce forme cristalline a sei punte. E il fiocco di neve viene inviato a terra come una stella a sei punte. Ma raggiungono il suolo sotto forma di neve solo se la temperatura è sotto lo zero. Se la temperatura è più alta, i fiocchi di neve evaporano e si trasformano in vapore acqueo, che risale nuovamente. Oppure questi cristalli si sciolgono e cadono a terra sotto forma di pioggia o cereali. E a volte capita che nevichi sul tetto di un grattacielo, ma fuori piove già.

Il tipo di fiocchi di neve dipende dal contenuto di acqua nella nuvola da cui ha avuto origine, dalla temperatura dell'aria e dall'altitudine sul livello del mare. Anche se “nascessero” due fiocchi di neve identici, dovranno raggiungere il suolo ad una velocità di circa 1 km. all'una. Si trovano in condizioni di temperatura diverse e raggiungono il suolo con andamenti completamente diversi, ma sempre di forma esagonale. Gli scienziati sono stati in grado di identificare diverse forme principali di fiocchi di neve. Sono stati dati anche dei nomi:

stella,

piatto,

colonna,

ago,

lanugine,

riccio,

perno.

La forma dei fiocchi di neve dipende dal tempo.

In una giornata gelida senza vento, i fiocchi di neve cadono lentamente. Sono grandi, lucenti, come le stelle. I fiocchi di neve cadono uno alla volta, quindi sono facili da vedere.

In caso di gelo moderato, i fiocchi di neve sembrano palle di neve: "palline di neve". E quando c'è un forte vento, si verifica la "polvere di neve", poiché il vento rompe i raggi e i bordi dei fiocchi di neve.

Quando non c'è il gelo, i fiocchi di neve che cadono a terra si attaccano tra loro e formano i "fiocchi di neve". Sono grandi e assomigliano a pezzi di cotone idrofilo”.

Ogni fiocco di neve è unico, proprio come un'impronta digitale o il DNA umano. Non esistono fiocchi di neve identici, così come non esistono foglie identiche sugli alberi, gocce di pioggia identiche o persone identiche.

Ma se un fiocco di neve è un cristallo, allora perché è bianco, dovrebbe essere trasparente? Questo grazie all'aria (95%) in esso contenuta! La luce viene riflessa sulle superfici tra i cristalli e nell'aria e diffusa. Grazie all'aria, i fiocchi di neve sono molto leggeri. Anche in caso di cumuli di neve molto abbondanti le persone e gli animali possono respirare a lungo sotto la neve.

1.2. Esistono fiocchi di neve identici?

Ci sono due fiocchi di neve identici? NO! Il contadino Wilson Bentley lo dimostrò nel suo lavoro nel 1885 fu lui a riuscire a scattare la prima fotografia di un fiocco di neve al microscopio; E gli ci sono voluti 46 anni per farlo!
Fin dall'infanzia, ha studiato la forma dei cristalli che cadono dal cielo, per i quali ha ricevuto il soprannome di "Fiocco di neve". Wilson ha dedicato tutta la sua vita allo studio dei fiocchi di neve, in totale ha scattato 5.000 fotografie e nessuna di esse mostrava fiocchi di neve che si ripetevano.

Uno dei primi scienziati a riflettere sulla struttura della neve fu il matematico e astronomo tedesco Johannes Kepler (1571–1630). Nel 1611 pubblicò un breve trattato, A New Year's Gift, o sui fiocchi di neve esagonali, che può essere definito il primo lavoro scientifico dedicato ai fiocchi di neve.

Capitolo 2. Ricerca.

Ho sempre pensato che se l'acqua si forma dopo lo scioglimento della neve, dopo il congelamento le gocce d'acqua si trasformeranno in fiocchi di neve.

Esperimento 1.

Ho congelato le gocce d'acqua, ma i fiocchi di neve non sono venuti fuori.E questo significa , la neve non appare dalle gocce d'acqua. Le goccioline d'acqua possono diventare chicchi di grandine, pezzi di ghiaccio, ma non fiocchi di neve.

Esperimento 2.

Nella neve, sono uscito e ho messo il guanto sotto la neve. Le caddero addosso diversi fiocchi di neve. Ho cominciato a esaminarli attraverso una lente d'ingrandimento.

CON I Nezhinki possono essere visti chiaramente solo quando cadono sul palmo. Sotto l'influenza anche di una piccola forza, si rompono, il che significa che i fiocchi di neve sono molto fragili.

Ho intervistato 40 studenti delle scuole elementari.

Sulla base dei risultati dell'intervista

35 ragazzi su 40 dicono che un fiocco di neve è fatto d'acqua;

30 ragazzi su 40 affermano che esistono fiocchi di neve identici;

Dato che mi piacciono molto i fiocchi di neve, ho imparato a ritagliarli dalla carta, colorarli e disegnarli.

Per Capodanno ho indossato un costume da fiocco di neve:

Inoltre, io e i miei genitori ci siamo ricordati di come abbiamo costruito una casa con parti di kit di costruzione. Ho preso piccole parti, ma l'edificio si è rivelato grande. Anche la natura sa costruire. Ma non costruisce case, ma fiocchi di neve da un insolito costruttore di ghiaccio - da minuscoli banchi di ghiaccio!

Capitolo 3. Cose interessanti sui fiocchi di neve.

Durante una nevicata nel 1987, a Fort Coy (Montana, USA) fu trovato un fiocco di neve da record mondiale con un diametro di 38 cm.

Più della metà della popolazione mondiale non ha mai visto la neve, se non in fotografia.

Nell'estremo nord, la neve può essere così dura che quando un'ascia la colpisce, risuona come se fosse stata colpita dal ferro.

In Giappone, gli scienziati chiamano i fiocchi di neve lettere dal cielo, scritte in geroglifici segreti.

Conclusione.

Mentre lavoravo sull'argomento, ho raggiunto il mio obiettivo e ho imparato molto sui fiocchi di neve. Nel processo di studio e ricerca, ho risolto i problemi che mi ponevo. Purtroppo le mie ipotesi non sono state confermate. Mentre lavoravo al progetto, ho imparato che non esistono due fiocchi di neve uguali. Ho anche imparato che nascono dalla polvere di diamante, hanno sempre un centro, sono simmetrici ed esagonali.

Fonti utilizzate:

I fiocchi di neve sono gli stessi o cosa si nasconde nell'acqua ghiacciata? - Modalità di accesso:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

Poesie sulla neve e sui fiocchi di neve. - Modalità di accesso:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html