Исследовательский проект по теме: "Как появляются снежинки"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение
гимназия №1 г. Благовещенска Республики Башкортостан
Исследовательская работа
Как появляются снежинки
Подготовила: Шестерикова Арина
ученица 4А класса
МОБУ гимназия №1 г. Благовещенска
Руководитель: Саяпова Л.В.
2014 г.
Содержание
1.Введение…………………………………………………………………. ….. 3-4
2. Основная часть.……………………………………………………………... 5-7
2.1. Тайна рождения снежинок
2.2. История изучения снежинок
2.3 Основные формы снежинок
3.Заключение………………………………………………………………..........8
4. Список использованной литературы………………………………………... 9
5. Приложение…………………………………………………………...…..10-13
2
Введение
Из тучки холодной с неба упала,
Кружилась под солнцем и ярко блистала,
Теперь на ладошку твою опустилась,
И в капельку влаги на ней превратилась.
Была я бела и легка как пушинка,
И как называлась я раньше?
(Снежинка)
Пошел снег. Сначала очень мелкий, а потом как повалил крупными
хлопьями. Я выбежала на улицу. Подняла вверх голову, посмотреть как
падает снег. О, это чудо! Как много красивых снежинок. Они все разные,
каждая снежинка уникальна. И одинаковых не бывает. Я протянула перед
собой руки ладошками вверх. И тут одна из снежинок медленно и аккуратно
приземлилась на мою ладонь. Она, действительно, необыкновенно красива!
Такая острая и симметричная, по кругу повторяется многогранный узор.
Конечно, природа постаралась, когда придумывала снежинки!
Снежинка упала на мою ладошку и растаяла. Тогда у меня и возникла идея:
«А можно ли ее обратно заморозить? А вдруг после обратного
замораживания форма снежинки восстановится?» Для ответа на эти вопросы
пришлось отвечать на другие, их набрался «целый снежный ком», а точнее
«снежиночный». Что такое снежинка? Как появляются снежинки? Почему
все снежинки шестиконечные и разные? И я решила найти на них ответы.
Цель исследования: выяснить исследовательским путем как появляются
снежинки?
Задачи исследования:
- изучить историю изучения снежинок;
- изучить процесс образования и роста снежинок;
- определить причины разнообразия форм снежинок.
Методы исследования:
-
анализ источников информации;
эксперимент по образованию снежинок;
наблюдение за формой снежинок;
обобщение полученных данных.
Гипотеза: возможно, снежинки можно получить в домашних условиях
путем замораживания?
3
2.1 Тайна рождения снежинки.
Что такое снежинки?
Снежинка – снежный или ледяной кристалл (обычно) в форме
шестиугольных пластинок и шести лучевых звездочек.
Зарождаются они в облаках, при температуре ниже 15 градусов,
конденсируясь из водяных паров в виде крохотных капелек.
Лишь витающие в воздухе пылинки способствуют их превращению
в снег, пылинки становятся центром кристаллизации.
Понаблюдав за снежинками можно заметить, что ни одна из них
не повторяет другую. Не бывает пятиугольных или семиугольных
снежинок, все они имеют строго шестиугольную форму.
Как образуются снежинки?
При замерзании молекулы воды выстраиваются таким образом, что
образуется геометрическая форма - «кристалл». Молекула воды состоит
из трех частиц – двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Поэтому при кристаллизации она может образовать трех или
шестиугольную фигуру.
Подобная группа кристаллов становится все больше и больше,
вокруг одного такого ядра может собраться несколько сотен таких
кристаллов. Эта группа становится большой, тяжелой и падает на
землю. Мы называем ее «снежинкой». Размеры снежинок зависят от
температуры. Чем ниже температура, тем меньше снежинка.
Дальше этот кристалл начинает расти. У него могут начать расти
лучи, или у этих лучей начинают появляться отростки, или – наоборот,
снежинка начинает расти в толщину.
Как именно в данный момент будет расти снежинка, зависит от
текущих условий вокруг снежинки: влажность, температура, давление,
форма снежинки. И даже самые минимальные изменения этих
параметров могут изменить ход роста снежинки.
Условия постоянно меняются. И получается, что снежинка то растет
в ширину, то у нее отрастают лучи. В холодную и сухую погоду
снежинки вообще растут в высоту, а не в ширину, и получаются
шестиугольные столбики, а не привычные нам разлапистые звезды.
Направления роста изменений снежинки всегда обусловлены тем,
что кристаллы льда шестиугольные. Два кристаллика не могут
соединиться углом, они всегда присоединяются друг к другу гранью.
Поэтому лучи всегда растут в шесть сторон, а от луча может исходить
«ветка» только под углом 60 или 120 градусов.
4
Отчего зависит форма снежинок?
Снежинки — одно из самых красивых, сложных и абсолютно
уникальных творений природы.
Даже невооруженным взглядом рассматривая снежинки, можно
заметить, что ни одна из них не повторяет другую. Предполагается, что в
одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, каждая
из которых уникальна. Все они шестиугольные и имеют кристаллоподобные
структуры, но у каждой своя уникальная форма. Не бывает пятиугольный
или семиугольных снежинок, все они имеют строго шестиугольную форму.
Годами ученые пытались понять, откуда такая форма, что влияет на такую
симметрию и почему у всех она разная.
Форма снежинок зависит от температуры и влажности воздуха: самые
красивые кристаллы (снежные звезды) образуются при температуре –14...–
17°C, при более теплой температуре образуются пластинки, а еще при более
теплой – иглы и колбочки. Размеры снежинок тоже различные. Самые
большие снежинки (игольчатые звезды) достигают 4...5 мм.
Форма снежинок отражает внутреннюю упорядоченность молекул
5
воды, когда они находятся в твердом состоянии — в виде льда или снега.
При замерзании молекулы воды выстраиваются таким образом, что
образуется геометрическая форма - «кристалл». Молекула воды состоит из
трех частиц — двух атомов водорода и одного атома кислорода. Поэтому при
кристаллизации она может образовать треугольную или шестиугольную
фигуру.
Дальше этот кристаллик начинает расти. У него могут начать расти
лучи, или у этих лучей начинают появляться отростки, или — наоборот,
снежинка начинает расти в толщину. Падающие кристаллы слипаются,
формируясь в снежные хлопья. Подобная группа кристаллов становится все
больше и больше, вокруг одного такого ядра может собраться несколько
сотен таких кристаллов. Эту группу кристаллов мы и называем «снежинкой».
Направления роста изменений снежинки всегда обусловлены тем, что
кристаллы льда шестиугольные. Два кристаллика не могут соединилься
углом, они всегда присоединяются друг к другу гранью. Поэтому лучи всегда
растут в шесть сторон, а от луча может отходить «ветка» только под уголом
60 или 120 градусов.
6
По мере того, как снежинка растёт, она становится тяжелее и падает на
землю, при этом форма её изменяется. Если снежинка при падении
вращается, как волчок, то её форма идеально симметрична, если же она
падает боком или иначе, то форма будет несимметричной.
Размеры снежинок зависят от температуры. Чем ниже температура, тем
меньше снежинки. При низкой температуре и сильном ветре снежинки
сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков —
«алмазной пыли».
Вероятность увидеть крупные снежинки существенно возрастает
вблизи водоемов: испарения с озер и водохранилищ – это отличный
строительный материал.
7
2.2 История изучения снежинок
Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году издал научный трактат «О
шестиугольных
снежинках»,
в
котором
подверг
чудеса
природы
рассмотрению со стороны геометрии.
В 1635 году французский философ и математик Рене Декарт впервые
занялся описанием видов снежинок, разглядывая их невооруженным глазом.
Он писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью
зубцами.
Гипотеза о том, что «ни одна снежинка не походит на другую»
основана на работе Вилсона Бентли – американского фермера, которому
впервые пришло в голову с помощью микроскопа фотографировать
снежинки в 1885 году. За свою жизнь он сделал снимки более 5 тысяч
снежинок – и ни одна не была похожа на другую. За его любовь к снежным
кристаллам его так и прозвали – Человек-снежинка.
В год смерти Бентли была издана книга-каталог снежинок.
В
1951
году
классифицировала
все
Международная
твердые
комиссия
осадки
на
по
семь
Снегу
и
основных
Льду
и
три
дополнительных типа.
Японский физик-ядерщик Укихиро Накайа, начавший изучение
кристаллов в 1932 году после знакомства с каталогом снежинок Вилсона
Бентли,
создал
свою
книгу
про
снежинки
(«Снежные
кристаллы:
натуральные и искусственные», издана в 1954 году) и определил схему
классификации снежинок, в которой он подразделил их на 41 тип; он же
впервые определил зависимость формы кристаллов от температуры и
влажности окружающей среды. В родном городе ученого Катаямазу
находится Музей Снега и Льда его имени.
8
Рис. 1 Классификация снежинок (по Укихиро Накайа)
В 1951 году Международная Комиссия по Снегу и Льду приняла
классификацию твёрдых осадков. Согласно ей все снежные кристаллы
можно разделить на следующие группы: звёздчатые дендриты, пластинки,
столбцы, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и
неправильные формы. К ним добавились еще три вида обледеневших
осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
Самую сложную и полную классификацию произвели метеорологи
С.Магоно и Сю Ли в 1966 году – в ней описано 80 типов кристаллов.
9
Рисунок 1Классификация Магоно и Ли
10
2.3 Основные формы снежинок
Призмы — бывают, как 6-угольные пластинки, так и тонкие столбики с 6угольным сечением. У призм крошечные размеры, их почти не видно
невооруженным глазом. Грани призмы, очень часто украшают различные
сложные узоры.
Иглы — тонкие и длинные снежные кристаллы, они образуются при
температуре примерно -5 градусов. При рассмотрении они похожи на
маленькие светлые волоски.
Дендриты
—
или
древоподобные,
имеют
ярко
выраженные
разветвляющиеся тонкие лучи. Чаще это крупные кристаллы, их можно
увидеть невооруженным глазом. Максимальный размер дендрита может
достигать 30 см в диаметре.
11
12-лучевые
снежинки
—
иногда
столбики
с
наконечниками
формируются с поворотом пластинок относительно друг друга на 30
градусов. Когда из каждой пластинки вырастают лучи, получается кристалл с
12 лучами.
Двойные пластинки — у данного типа, столбики с наконечниками
имеют короткую вертикальную часть. Пластинки растут очень быстро, от
водяных паров одна из них заслоняет вторую и в результате вырастает более
крупной по размеру.
Полые столбики — внутри столбиков с шестиугольным сечением,
бывает образуются полости. Интересно, что форма полостей симметрична
относительно центра кристалла. Необходимо большое увеличение, чтобы
рассмотреть полости в маленьких снежинках.
12
Папоротникообразные дендриты — этот тип один из самых крупных.
Ветки звездчатых дендритов вырастают тонкими и очень частыми, в итоге
снежинка начинает быть похожей на папоротник.
Треугольные кристаллы — такие снежинки формируются при
температуре около -2 градусов. На самом деле — это шестиугольные
призмы, часть сторон которых значительно короче других. А вот на гранях
таких могут вырасти лучи.
Столбики с наконечниками — такие снежинки редко можно увидеть.
Кристаллы начинают расти в виде столбиков, но после ветер переносит их в
зону с другими погодными условиями, и тогда на их концах начинают расти
пластинки.
13
Звездоподобные
снежинки
—
такие
снежинки
широко
распространены. Это тонкие пластинчатые кристаллы, в виде звезд с шестью
лучами. Чаще они украшены симметричными различными узорами. Такие
снежинки появляются при —2 °С или при —15 °С.
Пластина с секторами — это звездообразная пластинчатая снежинка, но с
особенно заметными рёбрами, которые указывают на углы между смежными
гранями призмы.
Кристалл измороси — облака состоят из множества водных капелек, и
иногда эти капельки сталкиваются c кристаллами снега и прилипают к ним.
Замороженные капельки называют изморосью. На последней фотографии
снежинка полностью покрыта изморосью.
Пулеобразные розетки — иногда при образовании кристаллов они могут
срастаться и увеличиваться в случайных направлениях. Такие образования
легко разламываются на отдельные кристаллы, похожие на пули. Отсюда и
такое необычное название.
14
Сплит пластины-звезды — такие формы снежинок представляют собой
двойные пластины, при этом часть одной большой пластины растет вместе с
частью другой. У таких снежинок две различные части совмещаются.
Обратите внимание, что в каждом случае кристаллы соединяются в центре с
короткими осями.
Пространственные кристаллы — бывает так, что из микроскопической
капли начинает расти несколько снежных кристаллов в различных
направлениях. И после они могут приобрести сложную форму. Такие
сращенные кристаллы могут распадаться на несколько простых снежинок.
15
Кристаллы неправильной формы — снежные кристаллы зачастую
бывают маленькими, несимметричными и сросшимися друг с другом. Чтобы
получились красивые симметричные кристаллы, нужно чтобы было удачное
стечение многих погодных обстоятельств.
Искусственный снег
Для создания искусственного снега существуют специальные снежные
пушки, которые и производят снег, практически похожий на натуральный.
Их начали использовать только в середине прошлого века.
Снегогенератор
создает
же
всегда при любой погоде практически
идеальный снег, который состоит из
таких же шестиугольных снежинок.
Выше описывалось как снежинки
образуются
из
Поэтому,
для
«приготовить»
воды
в
облаках.
того,
чтобы
искусственный
белоснежный снег, также необходимо очень много воды. Основными
элементами снежной пушки можно назвать специальный вентилятор,
который создает мощный воздушный поток, и миниатюрные распылители,
распрыскивающие маленькие капельки. Затем в это искусственное облако
добавляется еще водно-воздушная смесь, создающая самые настоящие
снежинки. После такого путешествия внутри машины, облако с уже
практически сформированными белыми кристаллами вылетая из пушки,
отправляется в свободный полет на расстояние 10-20 метров от устройства,
где снежинки еще продолжают формироваться. После всего этого процесса
на земле оказывается самый настоящий, холодный и пушистый снег. Но он
подходит только для наружного применения, потому что в помещении очень
быстро тает.
Созданные таким образом искусственные
16
снежинки похожи на замерзшие капли воды.
Фотографии снежинок
17
18
19
Литература.
Энциклопедия «Всё обо всём».-М.,2000
Детская энциклопедия.-М., 2005
«Детская энциклопедия»//Познавательный журнал.-.2005.- №12
Энциклопедия для детей. Том 3. География.- М.;изд.;«Мир энциклопедий
Аванта +»,2007
Большая советская энциклопедия.-М.,1976
Детская энциклопедия «Я познаю мир».География.-М., 2005
http://stranakids.ru/otkuda-berutsya-snejinki/
http://novostinauki.ru/news/42417/
http://ru.wikipedia.org/wiki/Снег
http://ru.wikipedia.org/wiki/Снежинка
http://romaxus.ru/article_66_1164.html
20