Могут ли две снежинки быть идеально одинаковыми? Научно-исследовательский проект на тему "бывают ли одинаковые снежинки" Бывают ли 2 одинаковые снежинки.

Ученые выделяют два варианта образования снежных кристаллов. В первом случае водяной пар, занесенный ветром на очень большую высоту, где температура составляет около 40° С, может внезапно замерзнуть, образовав кристаллы льда. В нижнем слое облаков, где вода замерзает медленнее, кристалл создается вокруг маленькой пылинки или частицы грунта. Этот кристалл, которых в одной снежинке насчитывается от 2 до 200, имеет форму шестигранника, поэтому большинство снежинок представляют собой шестиконечную звезду.

«Страна Снегов» - такое поэтическое название придумали для Тибета его жители.

Форма снежинки зависит от многих факторов: температуры вокруг, влажности, давления. Тем не менее, выделяют 7 основных видов кристаллов: пластинки (если температура в облаке – от -3 до 0°С), звёздчатые кристаллы, столбцы (от -8 до -5°С), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. Примечательно, что если при падении снежинка вращается, то форма её будет идеально симметричной, а если будет падать боком или как-то иначе – то нет.

Кристаллы льда шестиугольные: они не могут соединиться углом – только гранью. Поэтому лучи от снежинки всегда растут в шесть сторон, а разветвление от луча может отходить только под уголом 60 или 120°.

С 2012 года в предпоследнее воскресенье января отмечается «Всемирный день снега». Инициаторами этого выступила Международная федерация лыжного спорта.

Снежинки кажутся белыми из-за заключенного в них воздуха: свет разных частот отображается на гранях между кристаллами и рассеивается. Размер обычной снежинки составляет около 5 мм в диаметре, а масса – 0, 004г.

При озвучивании фильма «Александр Невский» скрип снега получали путем сжимания смешанного сахара и соли.

Считается, что двух одинаковых снежинок не бывает. Впервые это было доказано в 1885 году, когда американский фермер Уилсон Бентли сделал первый удачный снимок снежинки под микроскопом. Он посвятил этому 46 лет и сделал более 5000 фотографий, на основе которых и была подтверждена теория.

Знакомое каждое школьнику утверждение, что не бывает двух одинаковых снежинок, неоднократно подвергалось сомнениям. Но уникальные исследования Калифорнийского технологического университета смогли поставить последнюю точку в этом поистине новогоднем вопросе.

Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают.

Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы.

Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них - новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.

Профессор физики Калифорнийского университета Кэннет Либбрехт обнародовал результаты многолетних исследований своей научной группы. «Если вы видите две одинаковые снежинки – они все равно различаются!» — утверждает профессор.

Либбрехт доказал, что в составе молекул снега примерно на каждые пятьсот атомов кислорода с массой 16 г/моль приходится один атом с массой 18 г/моль.

Устройство связей молекулы с таким атомом таково, что предполагает бесчисленное количество вариантов соединений внутри кристаллической решетки.

Другими словами – если две снежинки действительно выглядят одинаково, то их идентичность еще нужно проверить на микроскопическом уровне.

Изучение свойств снега (и, в частности, снежинок) — не детская забава. Знания о природе снега и снежных облаков очень важны при исследовании климатических изменений.

Сайт для школьников и их родителей Затеево.ру выяснил, что одинаковых снежинок не бывает!

С Н Е Ж И Н К И

НА

ФОТОГРАФИЯХ ЯРОСЛАВА ГНАТЮКА!

Нет ничего невесомее крохотных снежинок. Упадет на руку, не почувствуешь!

Весят около миллиграмма, редко - 2...3 миллиграмма.

Люди редко разглядывают снежинки, а ведь двух совсем одинаковых снежинок не найти. В лучших коллекциях микрофотографий насчитывается более 5 тысяч снимков снежинок, отличных друг от друга.

ЗАТЕЕВО представляет коллекцию снежинок украинского фотографа Ярослава Юрьевича Гнатюка. Ярослав Гнатюк живёт и работает в Днепропетровске, его работа связана с банковскими платёжными системами, а микрофотография - хобби. Но его фотографии настолько профессиональны, что в этом году он стал победителем фотоконкурса Яндекса.

Почему все снежинки такие разные?

Сначала все зародыши снежинок похожи на крошечные шестиугольные призмы. Потом из шести углов призмы начинают расти совершенно одинаковые ледяные иголочки — боковые отростки. Одинаковые иголочки потому, что температура и влажность вокруг зародыша тоже одинаковые. На них в свою очередь вырастают, как на дереве, боковые отростки — веточки. Снежинка начинает интенсивно увеличиваться в размерах. При этом выпуклые участки снежинки растут быстрее. Так, из первоначально шестигранной пластинки вырастает шестилучевая звездочка. Передвигаясь вверх и вниз в облаке, снежинка попадает в условия с разной температурой и содержанием водяного пара. Ее форма меняется. Так снежинки становятся разными. Хотя в одном облаке на одной высоте они могут «зародиться» одинаковыми. Путь до земли у каждой снежинки свой. А значит, у каждой и своя окончательная форма. Снежинки падают со скоростью примерно 15 метров в минуту. Они почти не связаны между собой, и даже небольшой ветер 2 метра в секунду приводит их в движение. В воздухе форма снежинок непрерывно меняется. На образование и рост снежинок влияет множество факторов.

Образующий снежинку лед прозрачен. Но когда снежинок много, то солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях снежинок, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы — мы называем ее снегом. Сталкиваясь на своем пути с переохлажденными мелкими капельками воды, снежинка упрощается по форме. Столкнувшись с крупной каплей, может превратиться в градинку. В разных местах выпадает «свой» снег, в зависимости от погодных условий.

Известно, что весной 1944 года в Москве выпали снежные хлопья размером до 10 сантиметров. В Сибири наблюдались снежные хлопья до 30 сантиметров. Необходимое условие для этого - полнейшее безветрие. Снежинки долго кружатся в воздухе, поднимаясь и опускаясь, долго путешествуют, сталкиваются и сцепляются друг с другом. Малейший ветерок разрывает такие хлопья на отдельные части. При низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков.

Все материалы детского сайта Затеево.ру собраны здесь: . Сайт для детей Затеево.ру - единственный познавательный ресурс такого рода среди тех, которые можно найти в каталогах детских сайтов. Затеево.ру меняет привычный взгляд на школьный интернет!

Слышали когда-нибудь фразу «эта снежинка - особенная», мол, потому что их обычно много и все они прекрасны, уникальны и завораживают, если присмотреться. Старая мудрость гласит, что не бывает двух одинаковых снежинок, но правда ли это на самом деле? Как вообще об этом заявлять, не просмотрев все падающие и упавшие снежинки? Вдруг снежинка где-нибудь в Москве ничем не отличается от снежинки где-нибудь в Альпах.

Чтобы рассмотреть этот вопрос с научной точки зрения, нам нужно знать, как снежинка рождается и какова вероятность (или невероятность), что родятся две одинаковых.

Снежинка, снятая при помощи обычного оптического микроскопа

Снежинка, по своей сути, это всего лишь молекулы воды, которые связываются между собой в определенной твердой конфигурации. Большинство этих конфигураций имеют некоторый вид гексагональной симметрии; это связано с тем, как молекулы воды с их определенными валентными углами - которые определяются физикой атома кислорода, двух атомов водорода и электромагнитной силой - могут связываться между собой. Простейший микроскопический кристаллик снега, который можно рассмотреть под микроскопом, по размерам составляет одну миллионную часть метра (1 мкм) и может быть очень простой формы, например, шестиугольной кристаллической пластинки. Его ширина примерно 10 000 атомов, и подобных ему очень много.

• вам нужны такие же частицы,
• в таких же конфигурациях,
• с такими же связями между собой
• в двух совершенно разных макроскопических системах.

Давайте посмотрим, как это можно устроить.

и рост снежинки, частной конфигурации кристалла льда

Новые структуры затем растут по таким же симметричным схемам, наращивая гексагональные асимметрии по достижении определенного размера. В больших сложных кристаллах снега сотни легко различимых особенностей, если смотреть под микроскопом. Сотни особенностей среди примерно 10 19 молекул воды, из которых состоит обычная снежинка, если верить Чарльзу Найту из Национального центра атмосферных исследований. На каждую из таких функций есть миллионы возможных мест, где могут образоваться новые веточки. Сколько же может образовать таких новых особенностей снежинка и при этом не стать очередной из многих?

Каждый год во всем мире падает примерно 10 15 (квадриллион) кубометров снега на землю, и в каждом кубометре содержится порядка нескольких миллиардов (10 9) отдельных снежинок. Поскольку Земля существует около 4,5 миллиардов лет, за всю историю на планету упало 10 34 снежинок. И знаете, сколько с точки зрения статистики отдельных, уникальных, симметричных ветвящихся особенностей могла иметь снежинка и ожидать двойника в определенный момент истории Земли? Всего пять. Тогда как у настоящих, больших, природных снежинок их обычно сотни.

Даже на уровне одного миллиметра в снежинке можно рассмотреть несовершенства, которые сложно продублировать

И только на самом приземленном уровне можно ошибочно разглядеть две одинаковых снежинки. И если вы готовы спуститься на молекулярный уровень, ситуация станет гораздо хуже. Обычно в кислороде 8 протонов и 8 нейтронов, а в атоме водорода 1 протон и 0 нейтронов. Но 1 из 500 атомов кислорода имеет 10 нейтронов, в 1 из 5000 атомов водорода имеет 1 нейтрон, а не 0. Даже если вы образуете идеальные шестиугольные кристаллы снега, и за всю историю планеты Земля насчитали 10 34 кристаллов снега, достаточно будет опуститься до размеров нескольких тысяч молекул (меньше длины видимого света), чтобы найти уникальную структуру, которую планета никогда не видела прежде.

Выращивая их бок о бок в лабораторных условиях, он показал, что можно создать две снежинки, которые будут неразличимы.

Две практически идентичных снежинки, выращенные в лаборатории Калтеха

Ну, почти. Они будут неразличимы человеку, которые смотрит своими глазами через микроскоп, но они не будут идентичны по правде. Как и идентичные близнецы, они будут иметь много различий: у них будут разные места связки молекул, разные свойства ветвления, и чем они больше, тем сильнее эти различия. Вот почему эти снежинки очень маленькие, а микроскоп мощный: они более похожи, когда менее сложны.

Две почти идентичных снежинки, выращенные в лаборатории в Калтехе

Тем не менее многие снежинки похожи одна на другую. Но если вы ищете действительно идентичные снежинки на структурном, молекулярном или атомном уровне, природа никогда вам этого не преподнесет. Такое число возможностей велико не только для истории Земли, но и для истории Вселенной. Если вы хотите знать, сколько вам нужно планет, чтобы заполучить две идентичные снежинки за 13,8 миллиардов лет истории Вселенной, ответ будет порядка 10 100000000000000000000000 . Учитывая, что в наблюдаемой Вселенной всего 10 80 атомов, это крайне маловероятно. Так что да, снежинки действительно уникальны. И это мягко говоря.

Природа зимой прекрасна: стоит лишь на минуту замедлить шаг, разглядеть заснеженные деревья, пушистые сугробы и протянуть ладошку - как на нее упадет несколько снежинок. Нет ничего красивее и невесомее этих миниатюрных произведений природы.

Как жаль, что их прекрасным узором можно любоваться лишь недолгое время.

Возможно, вы слышали утверждение: двух одинаковых снежинок не существует. Давайте разберемся в этом «зимнем вопросе».

Процесс образования снежинок на первый взгляд очень сложный. Здесь задействованы физические законы взаимодействий элементарных частиц. В атмосфере, при минусовой температуре, молекулы воды притягиваются к молекулам пыли и застывают, образуя шестиконечные кристаллы. Между отдельными лучами кристалла, из-за особенностей структуры молекулы воды, возможны углы только в 60 или 120 градусов, а разнообразные формы и узоры снежинок образуются, благодаря новым кристаллам, присоединяющимся к вершинам шестиугольника.

Таким образом, мы выяснили, что:

• Снежинки образуются внутри ледяного облака из пара, минуя жидкую фазу.
• Рост снежинок зависит от внешних условий: от влажности и температуры воздуха.
• «Зародыши» снежинок имеют шестиугольную форму.
• Форма снежинки может изменяться по мере прохождения атмосферы.
• Скорость падения снежинки 15 м/в минуту.
• Образующий снежинку лед прозрачен.

Остановимся подробнее на последнем факте. Почему, если снежинка прозрачная, то снег белый? На этот вопрос отвечают законы физики: свет, отражаясь от граней снежинок, создает впечатление белой массы, которую мы называем снегом.

Итак, процесс формирования снежинок волновал множество умов.

Первопроходцами в теории «снега» стали фермер У.Э. Бентли и доктор Н. Найт.

Бентли за всю свою жизнь создал огромную коллекцию фотографий снежинок, которой интересовались как ученые, так и фотографы. Доктор Найт смогла воспроизвести процесс образования снежинок в лабораторных условиях.

Систематизировал их знания и научные работы профессор из Калифорнийского университета К. Либбрехт, который в процессе изучения этого вопроса выдвинул утверждение: «Если вы видите две одинаковые снежинки - они все равно различаются!».

Именно он научно обосновал свое высказывание, объяснив, что молекулы и атомы образующие кристаллическую решетку могут иметь огромное множество способов соединения.

Либбрехт заявил, что визуально снежинки могут выглядеть одинаково, однако, если рассмотреть их в микроскоп, узор будет совершенно разным!

Теперь вы знаете, если за окном падает снег, каждая из снежинок будет по-своему уникальной и неповторимо прекрасной!