Sniegpārsla • Arkādijs Kuramšins • Zinātniskais Dienas attēls par "elementiem" • Fizika, ķīmija

Sniegpārsla

Fotoattēlā redzams sniegpārsla, viens no ziemas simboliem un gaidāmās Jaungada brīvdienas. Kāpēc sniegpārsim vienmēr ir sešu staru simetrija?

Jau 1611. gadā Johannes Keplers savā darbā Strena Seu de Nive Sexangula (Jaungada dāvana vai sešstūrains sniegpārsli) ierosināja, ka sniegpārsla sastāvā ir vienkāršāki elementi, kas var apvienoties tikai ar figūru ar sešu staru simetriju (sk. C. Schneer, 1960 Snowflake and Ph. Ball, 2011. Atpakaļskaitītā veidā: uz seškrusto sniegpārsla). Pētījumi par simetriju lika viņam domāt par visefektīvāko bumbiņu iepakošanu trīsdimensiju telpā (skat. Keplera hipotēzi). Keplera vadošais darbs simetrijas jomā vēlāk tika izmantots kristalogrāfijas un kodēšanas teorijā. Keplers bija taisnība. Patiešām, ūdens molekulas, veidojot ledus, tiek sakārtotas sešstūra formā molekulārā kristāla režģī, kas galu galā nosaka paša ledus kristāla ģeometriju – sniegpārslas.

Trīsstūrveida sniegpārslas. Attēls no snowcrystals.com

True, ne visas sniegpārslas sasniedz zemi sešstūrainas, tur ir arī trīsstūra formas. Viņi sāk savu ceļu kā sešstūru, bet gaisa plūsmas atmosfērā var paātrināt trīs mainīgo staru izaugsmi, un kristāls izskatās kā trīsstūra.Var rasties arī tas, ka divi sešstūra kristāli saskaras kopā un sāk augt kā viens, formāli veidojot divpadsmit smailas snovbolu.

Divpadsmit staru sniegpārslas. Attēls no snowcrystals.com

Japānas fiziķis Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) bija pirmais zinātnieks, kurš atklāja, ka sniegpārsla forma var parādīt tās veidošanās stāstu. 1930. gadā viņš tika pieņemts darbā, jo viņam likās daudzsološs stāvoklis, taču izrādījās, ka universitātei, kas viņu iznomāja, nebija naudas, lai nopirktu nepieciešamo aprīkojumu plānotajam darbam rentgena analīzes jomā. Nakaya neatcēla un sāka darīt to, ko viņa materiālā bāze ļāva, izpētīt parastās sniegpārslas un audzēt mākslīgos atsevišķos trušu spalos (skat. Viņa grāmatu "Sniega kristāli: dabiskie un mākslīgie -" sniega kristāli: dabiskie un mākslīgie ").

Viņš atklāja, ka katra sniegpārsla sākas ar izaugsmi, veidojot sešstūrainu prizmu, kas var būt tik ilgi kā griezīgs zīmulis un gandrīz plakana, piemēram, sešstūrainas monētas. Tā kā sešstūra stūrus vairāk atdzesē apkārtējais gaiss, jauno ūdens daļu pievienošana stūriem notiek ātrāk, un sniega biezums palielina parastos starus.

Sniegpārslas veidošanos: a – atmosfēras putekļu daļiņu, kas ir kristalizācijas centra loma; b – ūdens tvaiki aptver putekļu virsmu, kas kondensējas virsmas šķidrumā; in – ledus kristalizē šķidro ūdeni; g – sešu iegūto ledus kristālu stūri aug straujāk nekā citās vietās, jo tie ir vairāk atdzesēti un var ātrāk uzņemt jaunas ūdens daļas; d – sākas nejaušās un neatkārtojamās formas veidošanās – apstākļi var veicināt jaunu heksegonu, staru un tā tālāk izaugsmi.

Sniegbaltīšu forma var būt ļoti atšķirīga. Augšējā atmosfērā ledus kristāli aug dažādās temperatūrās un mitrumā. Tā kā to izaugsme notiek ne līdzsvara apstākļos, iegūtie kristāli var pilnīgi atšķirties no Jaungada sniegpārsla kanoniskā tēla. Atsevišķos apstākļos ledus sešstūri stiepjas visā ass garumā, un pēc tam tiek veidotas garenas sniegpārslas – tiek veidotas sniegpārslaļu kolonnas vai adatu sniega sviedras. Citos apstākļos tie aug perpendikulāri asij, un tad sniegpārslas veido sešstūra formas vai sešstūra formas zvaigznes. Ūdens piliens var sasalst līdz krītam sniegpārim – un veidojas neregulāras un asimetriskas sniegpārslas.

Kā veidojas sniegpārslas (paātrināta šaušana)

Kā atzina savā pārskatā par "Fizikas sniega kristālu" (The no sniega kristāli, 2005 fizikā) ir amerikāņu fiziķis Caltech Kenneth Libbrecht (Kenneth Libbrecht), precizitātes mehānika veidošanās šādas simetriskas kristāla ūdeni – sniegpārslu – un nezināms mums pat kvalitatīvā līmenī un mēs neatradām tuvu, lai atrisinātu viņu izskatu noslēpumu salīdzinājumā ar Nakai darbiem.

Sniegpārslas veidi. Vietnes snowsrystals.com bilde

Sniega laikā gandrīz neiespējami atrast identiskas sniega bumbiņas (ir iespējams audzēt vienādas sniega krāsas tikai laboratorijā, kur iespējams stingrāk kontrolēt apstākļus). Tomēr cilvēks vienmēr grib kārtot haosu, tādēļ senās tradīcijas ir klasificēt sniega bumbiņas. Vācu Friedrichs Martens 1675. gadā aprakstīja 24 veidu sniegpārslas. 1832. gadā, pateicoties daimjam Doi Toshitsura, sniega pārslu veidu skaits palielinājās līdz 86 (skat. Viņa grāmatu "Sekka Zusetu").

"Sekka Zusetsu" – japāņu grāmata par sniegadrunām, ko 1832. gadā uzrakstīja Doi Tositsura. Foto no digitalcollections.nypl.org

Klasifikācija turpinās mūsdienās, un tagad mēs varam runāt par vairāk nekā simts veidu sniega bumbiņas – no pazīstamiem zvaigznītes dendritiem līdz apvienotajām sešpusējām kolonnām.Saskaņā ar Nakaya darbu, lielākās un skaistākās dendrītiskās sniegpārslas, proti, tās, kuras mēs saistām ar jaungada brīvdienas, aug ļoti mitrā mākoņos pie temperatūras aptuveni -15 ° C.

Avots: Katrina Krämer. Paskaidrojošs: sniegpārslas Ķīmijas pasaule, 2017. gada 8. decembris.

Foto Alekseja Klyatova no flickr.com. Kā uzņemt sniegpārslas, varat lasīt intervijā ar fotogrāfu.

Arkādijs Kuramšins


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: