Télen gyönyörű a természet: csak egy percre le kell lassítani, nézni a behavazott fákat, pihe-puha hófúvást, és kinyújtani a tenyerét - néhány hópehely esik rá. Nincs szebb és súlytalanabb a természet e miniatűr alkotásainál.

Kár, hogy szép mintáikat csak rövid ideig lehet gyönyörködni.

Talán hallottad a kijelentést: nincs két egyforma hópehely. Nézzük meg ezt a „téli kérdést”.

Első pillantásra a hópelyhek kialakulásának folyamata nagyon összetett. Ide tartoznak az elemi részecskék kölcsönhatásának fizikai törvényei. A légkörben nulla alatti hőmérsékleten a vízmolekulák vonzódnak a pormolekulákhoz, és megszilárdulnak, hatágú kristályokat képezve. A kristály egyes sugarai között a vízmolekula szerkezetéből adódóan mindössze 60 vagy 120 fokos szögek lehetségesek, és a hatszög csúcsaihoz csatlakozó új kristályoknak köszönhetően különböző formájú és mintázatú hópelyhek alakulnak ki.

Így megtudtuk, hogy:

• Hópelyhek keletkeznek a jégfelhő belsejében gőzből, megkerülve a folyékony fázist.
• A hópelyhek növekedése a külső körülményektől függ: a páratartalomtól és a levegő hőmérsékletétől.
• A hópelyhek „embriói” hatszögletűek.
• A hópehely alakja megváltozhat, ahogy áthalad a légkörön.
• A hópehely esési sebessége 15 m/perc.
• A hópehelyet alkotó jég átlátszó.

Nézzük meg közelebbről az utolsó tényt. Miért, ha a hópehely átlátszó, akkor a hó fehér? A fizika törvényei válaszolnak erre a kérdésre: a hópelyhek széléről visszaverődő fény egy fehér tömeg benyomását kelti, amit hónak nevezünk.

Tehát a hópelyhek képződésének folyamata sok embert aggaszt.

A „hó” elmélet úttörői W.E. farmer volt. Bentley és Dr. N. Knight.

Élete során Bentley hatalmas fotógyűjteményt hozott létre hópelyhekről, amelyek mind a tudósok, mind a fotósok érdeklődésére számot tartottak. Dr. Knight képes volt reprodukálni a hópehely kialakulásának folyamatát a laboratóriumban.

Tudásukat és tudományos munkájukat a Kaliforniai Egyetem egyik professzora, K. Libbrecht rendszerezte, aki a kérdés tanulmányozása során a következő kijelentést tette: „Ha két egyforma hópelyhet látsz, akkor is különböznek!”

Ő volt az, aki tudományosan alátámasztotta állítását, kifejtve, hogy a kristályrácsot alkotó molekulák és atomok nagyon sokféle módon kapcsolódnak egymáshoz.

Libbrecht kijelentette, hogy a hópelyhek vizuálisan ugyanúgy nézhetnek ki, de ha mikroszkóp alatt nézzük, a minták teljesen mások lesznek!

Most már tudod, ha az ablakon kívül esik a hó, minden hópehely egyedi és a maga módján utánozhatatlanul szép lesz!

Tartalomjegyzék.

Bevezetés.

1. fejezet.

1.1.A hópelyhek eredete.

1.2.Vannak egyforma hópelyhek?

2. fejezet Kísérleteim.

3. fejezet: Érdekes tények a hópelyhekről.

4. Következtetés.

5. Felhasznált források.

A TANULMÁNY CÉLJA:

tanulmányozza a hópelyheket, mint csodálatos természeti jelenségeket.

KUTATÁSI CÉLOK :

hópelyhek megfigyelése a természetben;

hópelyhek kialakulásának tanulmányozása;

a hópehely alakzatok sokféleségének azonosítása;

kísérletesen figyelje meg a hópelyhek kialakulását;

azonosítani a tanulók tudását a hópelyhekről.

HIPOTÉZIS.

Ha víz keletkezik, amikor a hópelyhek megolvadnak, akkor hópelyhek jelennek meg a vízből.

Ha ennyi hópehely van, akkor a természetben nagyszámú egyforma hópehelynek kell lennie.

TANULMÁNYI TÁRGY.

hópelyhek

hó

A TÉMA RELEVÁNSSÁGA. Minden kisgyerek nagyon érdeklődő, és mindenki kíváncsi, hogy mit, hol, hogyan...?

KUTATÁSI MÓDSZEREK:

1. A hópelyhekkel kapcsolatos irodalom tanulmányozása.

2. Hópelyhek fotózása.

3. Kísérletek végzése.

4. Az elvégzett munka elemzése.

Tanulási idő:január február2017.

Bevezetés.

Egy megható, gyengéd és elbűvölő verssel kezdem a hópehelyről.

Hópehely.

Könnyű bolyhos, fehér hópehely,

Milyen tiszta, milyen bátor!

Könnyen elszáguld mellette a viharos út,

Nem az azúrkék magasságba – leszállást kér.

Ügyesen suhan a ragyogó sugarakban

Az olvadó pelyhek között még fehér.

De most véget ért a hosszú út,

Egy kristálycsillag érinti a földet.

Egy bátor bolyhos hópehely fekszik

Milyen tiszta, milyen fehér!

(Konstantin Balmont)

1. fejezet.

1.1.A hópelyhek eredete.

Van hó. Repülnek a hópelyhek. Mi a szokatlan itt? Most jött a tél. És mégis, ez a természet újabb csodája, amit ez a csodálatos világ adott nekünk! Hihetetlen szépség, nem? Valóban csodálatos minden körülöttünk. Tehát ha hó vagy hópelyhek repülnek, akkor te és én nem csak a tél jelenségét figyeljük meg a földön, hanem a természet igazi csodáját, amelyet érdemes tanulmányozni.

A hópehely összetett, szimmetrikus szerkezet, amely jégkristályokból áll. Hó akkor keletkezik, amikor a felhőkben lévő mikroszkopikus vízcseppek a porszemcsékhez vonzódnak és megfagynak. A megjelenő jégkristályok leesnek és nőnek a levegő nedvesség kondenzációja következtében. Ez hatágú kristályformákat eredményez. A hópehely pedig hatágú csillagként kerül a földre. De csak akkor érik el a talajt hó formájában, ha a hőmérséklet nulla alatt van. Ha a hőmérséklet magasabb, a hópelyhek elpárolognak, és vízgőzré alakulnak, amely ismét felemelkedik. Vagy ezek a kristályok megolvadnak és eső vagy gabona formájában a földre hullanak. És néha megesik, hogy havazik egy toronyház tetején, de kint már esik az eső.

A hópelyhek típusa függ a felhő víztartalmától, ahol keletkeztek, a levegő hőmérsékletétől és a tengerszint feletti magasságtól. Még ha két egyforma hópehely is „születik”, hozzávetőleg 1 km-es sebességgel kell a földre jutniuk. Egy órakor. Különböző hőmérsékleti viszonyok között találják magukat, és teljesen más mintázattal érik el a talajt, de mindig hatszögletűek. A tudósoknak sikerült azonosítaniuk a hópelyhek számos fő formáját. Még nevet is kaptak:

csillag,

lemez,

oszlop,

tű,

pihe,

sündisznó,

ménes.

A hópelyhek alakja az időjárástól függ.

Egy szélcsendes fagyos napon lassan hullanak a hópelyhek. Nagyok, fényesek, mint a csillagok. A hópelyhek egyenként esnek, így könnyen észrevehetők.

Enyhe fagyban a hópelyhek úgy néznek ki, mint a hógolyók - „hópellet”. Erős szél esetén pedig „hópor” keletkezik, mivel a szél letöri a hópelyhek sugarait és széleit.

Ha nincs fagy, a földre hulló hópelyhek egymáshoz tapadnak, és „hópelyheket” képeznek. Nagyok és vattadarabokra hasonlítanak.”

Minden hópehely egyedi, akárcsak az ujjlenyomat vagy az emberi DNS. Nincsenek egyforma hópelyhek, ahogy a fákon sincsenek egyforma levelek, egyforma esőcseppek vagy egyforma emberek.

De ha a hópehely kristály, akkor miért fehér, átlátszónak kell lennie? Ez a benne lévő levegőnek (95%) köszönhető! A fény a kristályok közötti felületeken és a levegőben visszaverődik és szétszóródik. A levegőnek köszönhetően a hópelyhek nagyon könnyűek. Az emberek vagy állatok még nagyon erős hószállingózás idején is hosszú ideig lélegezhetnek a hó alatt.

1.2. Vannak egyforma hópelyhek?

Van két egyforma hópehely? Nem! Wilson Bentley gazdálkodó ezt 1885-ben bebizonyította munkájában: neki sikerült mikroszkóp alatt elkészítenie az első fotót egy hópehelyről. És ehhez 46 év kellett neki!
Gyermekkora óta tanulmányozta az égből lehulló kristályok alakját, amiért megkapta a „Hópehely” becenevet. Wilson egész életét a hópelyhek tanulmányozásának szentelte, összesen 5000 fényképet készített, és egyik sem mutatott ismétlődő hópelyheket.

Az egyik első tudós, aki a hó szerkezetére gondolt, Johannes Kepler (1571–1630) német matematikus és csillagász volt. 1611-ben kiadott egy rövid értekezést Egy újévi ajándék vagy a hatszögletű hópelyhekről címmel, amelyet az első hópelyheknek szentelt tudományos munkának nevezhetünk.

2. fejezet Kutatás.

Mindig azt hittem, hogy ha a hó olvadása után víz keletkezik, akkor fagyás után a vízcseppekből hópelyhek lesznek.

1. kísérlet.

Lefagyasztottam a vízcseppeket, de a hópelyhek nem derültek ki.És az azt jelenti , a hó nem jelenik meg a vízcseppekből. A vízcseppek jégesővé, jégcsomóvá válhatnak, de hópelyhekké nem.

2. kísérlet.

A hóban kimentem, és betettem a kesztyűmet a hó alá. Több hópehely esett rá. Nagyítóval kezdtem vizsgálni őket.

VAL VEL A Nezhinki csak akkor látható tisztán, ha a tenyerére esik. Még kis erő hatására is eltörnek, ami azt jelenti, hogy a hópelyhek nagyon törékenyek.

40 általános iskolás diákkal készítettem interjút.

Az interjú eredményei alapján

40 srácból 35 azt mondja, hogy a hópehely vízből van;

40 srácból 30 állítja, hogy vannak egyforma hópelyhek;

Mivel nagyon szeretem a hópelyheket, megtanultam papírból kivágni, kiszínezni és lerajzolni.

Újévre volt egy hópehely jelmez:

A szüleimmel emlékeztünk arra is, hogyan építettünk házat építőkészlet-alkatrészekből. Kis részeket szedtem, de az épület nagynak bizonyult. A természet is tudja, hogyan kell építeni. De nem házakat, hanem hópelyheket épít egy szokatlan jégépítőből - apró jégdarabokból!

3. fejezet Érdekességek a hópelyhekről.

1987-ben egy hóesés során 38 cm átmérőjű világrekord hópelyhet találtak Fort Coyban (Montana, USA).

A világ lakosságának több mint fele még soha nem látott havat, kivéve a fényképeket.

A Távol-Északon a hó olyan kemény lehet, hogy ha egy fejsze eltalálja, úgy csörög, mintha vas verte volna.

Japánban a tudósok a hópelyheket az égből származó leveleknek nevezik, amelyeket titkos hieroglifákkal írnak.

Következtetés.

A témán dolgozva elértem a célomat és sokat tanultam a hópelyhekről. A tanulás és a kutatás során megoldottam az általam felállított problémákat. Sajnos hipotéziseim nem igazolódtak be. A projekten való munka során megtanultam, hogy nincs két egyforma hópehely. Azt is megtudtam, hogy gyémántporból tűnnek fel, mindig van középpontjuk, szimmetrikusak és hatszögletűek.

Felhasznált források:

A hópelyhek ugyanazok, vagy mit rejt a fagyott víz? - Hozzáférési mód:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

Versek a hóról és a hópelyhekről. - Hozzáférési mód:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

Hallottad már azt a kifejezést, hogy „ez a hópehely különleges”, mondják, mert általában nagyon sok van belőlük, és ha alaposan megnézed, mindegyik gyönyörű, egyedi és lenyűgöző. A régi mondás szerint nincs két egyforma hópehely, de ez tényleg igaz? Hogyan lehet ezt kijelenteni anélkül, hogy megnéznéd az összes hulló és hulló hópelyhet? Hirtelen egy hópehely valahol Moszkvában nem különbözik egy hópehelytől valahol az Alpokban.

Ahhoz, hogy ezt a kérdést tudományos szempontból vizsgáljuk, tudnunk kell, hogyan születik egy hópehely, és mennyi a valószínűsége (vagy valószínűtlensége), hogy két egyforma születik.

Hagyományos optikai mikroszkóppal rögzített hópehely

A hópehely lényegében csak vízmolekulák, amelyek egy bizonyos szilárd konfigurációban kötődnek egymáshoz. A legtöbb ilyen konfigurációnak van valamilyen hatszögletű szimmetriája; ez azzal kapcsolatos, hogy a vízmolekulák sajátos kötési szögeikkel - amelyeket egy oxigénatom, két hidrogénatom és az elektromágneses erő fizikája határoz meg - hogyan tudnak egymáshoz kapcsolódni. A mikroszkóp alatt vizsgálható legegyszerűbb mikroszkópos hókristály egy milliomod méter nagyságú (1 mikron), és nagyon egyszerű formájú lehet, például hatszögletű kristálylemez. Szélessége megközelítőleg 10 000 atom, és sok más hasonló is létezik.

A Guinness-rekordok könyve szerint Nancy Knight, az Országos Légkörkutató Központ munkatársa két egyforma hópelyhet fedezett fel, miközben hókristályokat vizsgált egy hóviharban Wisconsinban, miközben mikroszkóppal volt a kezében. De amikor a képviselők két hópelyhet azonosnak minősítenek, akkor csak azt jelenthetik, hogy a hópelyhek megegyeznek a mikroszkóp pontosságával; amikor a fizika megköveteli, hogy két dolog azonos legyen, akkor azoknak a szubatomi részecskéig azonosaknak kell lenniük. Ami azt jelenti:

• ugyanazokra a részecskékre van szükséged,
• azonos konfigurációkban
• ugyanazokkal a kapcsolatokkal
• két teljesen különböző makroszkopikus rendszerben.

Lássuk, hogyan lehet ezt elrendezni.

Egy vízmolekula egy oxigénatom és két hidrogénatom kapcsolódik egymáshoz. Amikor a fagyott vízmolekulák egymáshoz kötődnek, mindegyik molekulához négy másik lekötött molekula kerül a közelben: egy-egy az egyes molekulák feletti tetraéderes csúcsokon. Ez azt eredményezi, hogy a vízmolekulák rács alakúra gyűrődnek: hatszögletű (vagy hatszögletű) kristályrácsra. De a nagy jégkockák, mint például a kvarctelepekben találhatók, rendkívül ritkák. Ha megnézi a legkisebb léptékeket és konfigurációkat, azt tapasztalja, hogy ennek a rácsnak a felső és alsó síkja nagyon szorosan össze van csomagolva, és nagyon szorosan össze van kötve: két oldalon "lapos élek" vannak. A többi oldalon lévő molekulák nyitottabbak, és további vízmolekulák véletlenszerűen kötődnek hozzájuk. Különösen a hatszögletű sarkokban van a leggyengébb kötés, ezért hatszoros szimmetriát figyelünk meg a kristálynövekedésben.

és a hópehely növekedése, a jégkristály egy sajátos konfigurációja

Az új struktúrák ezután ugyanazokban a szimmetrikus mintázatokban nőnek, és a hatszögletű aszimmetriák növekednek, amint elérnek egy bizonyos méretet. A nagy, összetett hókristályok mikroszkóp alatt szemlélve több száz könnyen megkülönböztethető tulajdonsággal rendelkeznek. Charles Knight, a Nemzeti Légkörkutató Központ munkatársa szerint több száz jellemző van a körülbelül 10 19 vízmolekulában, amelyek egy tipikus hópelyhet alkotnak. Mindegyik funkcióhoz több millió lehetséges hely van, ahol új fiókok alakulhatnak ki. Hány ilyen új funkciót tud alkotni egy hópehely anélkül, hogy csak egy másik lenne a sok közül?

Évente megközelítőleg 10 15 (kvadrillió) köbméter hó esik a földre világszerte, és minden köbméter körülbelül több milliárd (10 9) egyedi hópehelyet tartalmaz. Mióta a Föld körülbelül 4,5 milliárd éve létezik, a történelem során 10 34 hópehely hullott a bolygóra. És tudod-e statisztikai szempontból, hogy egy hópehelynek hány különálló, egyedi, szimmetrikus elágazási jellemzője lehet, és mennyi ikertestvér lehet a Föld történetének egy bizonyos pontján? Csak öt. Míg az igazi, nagy, természetes hópelyhekben általában több száz van.

Már a hópehely egy milliméteres szintjén is láthatunk olyan hiányosságokat, amelyeket nehéz megismételni

És csak a leghétköznapibb szinten lehet tévedésből két egyforma hópelyhet látni. És ha hajlandó lemenni a molekuláris szintre, a helyzet sokkal rosszabb lesz. Az oxigénnek általában 8 protonja és 8 neutronja van, míg a hidrogénatomnak 1 protonja és 0 neutronja van. De 500 oxigénatomból 1-nek 10 neutronja van, 5000 hidrogénatomból 1-nek 1 neutronja van, nem 0-nak. Még ha tökéletes hatszögletű hókristályokat is alkot, és a Föld bolygó teljes története során 10 34 hókristályt számoltak meg, elegendő lesz több ezer molekula méretére csökkenni (a látható fény hosszánál kisebbre), hogy olyan egyedi szerkezetet találjunk, amelyet a bolygó még soha nem látott.

De ha figyelmen kívül hagyja az atomi és molekuláris különbségeket, és elhagyja a "természetet", akkor van esélye. Kenneth Libbrecht, a California Institute of Technology hópehelykutatója kifejlesztett egy technikát hópelyhek mesterséges "azonos ikrei" létrehozására, és a SnowMaster 9000 nevű speciális mikroszkóp segítségével lefényképezi őket.

A laboratóriumi egymás melletti termesztéssel megmutatta, hogy lehetséges két megkülönböztethetetlen hópehely létrehozása.

Két majdnem egyforma hópehely, amelyeket a Caltech laboratóriumában termesztettek

Majdnem. Megkülönböztethetetlenek lesznek azok számára, akik a saját szemükkel néznek mikroszkópon keresztül, de valójában nem azonosak. Az egypetéjű ikrekhez hasonlóan sok különbségük lesz: különböző molekuláris kötőhelyekkel, eltérő elágazási tulajdonságokkal rendelkeznek, és minél nagyobbak, annál nagyobbak a különbségek. Ezért ezek a hópelyhek nagyon kicsik, de a mikroszkóp erőteljes: jobban hasonlítanak egymásra, ha kevésbé bonyolultak.

Két majdnem egyforma hópehely, amelyeket a Caltech laboratóriumában termesztettek

Ennek ellenére sok hópehely hasonlít egymáshoz. De ha valóban egyforma hópelyheket keresel szerkezeti, molekuláris vagy atomi szinten, a természet ezt soha nem fogja megadni. Ez a számos lehetőség nemcsak a Föld, hanem az Univerzum történetére is nagyszerű. Ha tudni akarod, hány bolygóra van szükséged ahhoz, hogy két egyforma hópehelyet kapj az univerzum 13,8 milliárd éves története során, akkor a válasz 10 100nagyságrendű. Figyelembe véve, hogy a megfigyelhető Univerzumban mindössze 10 80 atom van, ez rendkívül valószínűtlen. Tehát igen, a hópelyhek valóban egyediek. És ez finoman szólva is.

Az iskolásoknak és szüleiknek szóló Zateevo.ru weboldal kiderítette, hogy nincsenek egyforma hópelyhek!

S N E ZH I N K I

TOVÁBB

FOTÓK YAROSLAV GNATIUK!

Nincs súlytalanabb az apró hópelyheknél. Ha a kezedre esik, nem fogod érezni!

Súlyuk körülbelül egy milligramm, ritkán - 2...3 milligramm.

Az emberek ritkán néznek hópelyhekre, de nincs két teljesen egyforma hópehely. A legjobb mikrofotó-gyűjtemények több mint 5 ezer fényképet tartalmaznak egymástól eltérő hópelyhekről.

A ZATEVO bemutatja Yaroslav Yuryevich Gnatyuk ukrán fotós hópelyhek gyűjteményét. Yaroslav Gnatyuk Dnyipropetrovszkban él és dolgozik, munkája a banki fizetési rendszerekhez kapcsolódik, a mikrofotózás hobbi. De a fényképei annyira professzionálisak, hogy idén ő lett a Yandex fotópályázat győztese.

Miért olyan különböző minden hópehely?

Eleinte minden hópehely embrió apró, hatszögletű prizmának tűnik. Ezután teljesen egyforma jégtűk – oldalhajtások – kezdenek kinőni a prizma hat sarkából. A tűk azonosak, mivel az embrió körüli hőmérséklet és páratartalom is azonos. Rajtuk viszont oldalhajtások – gallyak – nőnek, akár egy fán. A hópehely mérete gyorsan növekedni kezd. Ugyanakkor a hópehely domború területei gyorsabban nőnek. Így egy hatsugaras csillag nő egy kezdetben hatszögletű lemezből. A felhőben fel-le mozgó hópehely különböző hőmérsékletű és vízgőztartalmú körülményekkel találkozik. Az alakja megváltozik. Így válnak a hópelyhek különbözővé. Bár ugyanabban a felhőben, azonos magasságban azonosan „kibukkanhatnak”. Minden hópehelynek megvan a maga útja a földhöz. Ez azt jelenti, hogy mindegyiknek megvan a maga végső formája. A hópelyhek körülbelül 15 méter/perc sebességgel esnek. Szinte nem kapcsolódnak egymáshoz, és még a másodpercenkénti 2 méteres kis szél is mozgásba hozza őket. A levegőben a hópelyhek alakja folyamatosan változik. A hópelyhek kialakulását és növekedését számos tényező befolyásolja.

A hópehelyet alkotó jég átlátszó. De amikor sok a hópehely, a napfény, amely visszaverődik és szétszóródik a hópelyhek számos oldalán, olyan benyomást kelt bennünk, mint egy fehér, átlátszatlan tömeg - mi hónak hívjuk. Útja mentén túlhűtött kis vízcseppekkel ütközve a hópehely alakja leegyszerűsödik. Ha nagy eséssel szembesül, jégesővé változhat. Különböző helyeken saját hó van, az időjárási viszonyoktól függően.

Ismeretes, hogy 1944 tavaszán akár 10 centiméteres hópelyhek is hullottak Moszkvában. Szibériában 30 centiméteres hópelyheket figyeltek meg. Ennek szükséges feltétele a teljes nyugalom. A hópelyhek sokáig kavarognak a levegőben, emelkednek és süllyednek, sokáig utaznak, ütköznek és egymásba fonódnak. A legkisebb szellő külön részekre töri az ilyen pelyheket. Alacsony hőmérsékleten és erős szélben a hópelyhek összeütköznek a levegőben, összeomlanak és törmelék formájában a földre esnek.

A Zateevo.ru gyerekeknek szóló webhely összes anyaga itt található:. A gyermekeknek szóló Zateevo.ru webhely az egyetlen ilyen oktatási forrás a gyermekeknek szóló webhelyek katalógusaiban. A Zateevo.ru megváltoztatja az iskolai internet szokásos nézetét!