Белая магия: наука ичудо

      Комментарии к записи Белая магия: наука ичудо отключены

Белая магия: наука ичудо

    Цветное изображение, обработанное компьютером, демонстрирует, как изменялись температурные условия на пути снежинки с неба на землю и как именно это оказывало влияние на темперамент ее роста. Температура убывает от красного цвета к зеленому Образование граней Морфология снежных кристаллов

В японских садах возможно встретить необыкновенный каменный фонарь, увенчанный широкой крышей с загнутыми вверх краями. Это «Юкими-Торо», фонарь для любования снегом. Праздник «Юкими» призван дарить людям удовольствие красотой повседневной судьбе. Мы также решили разглядеть красивое в повседневном и подошли к «Юкими-Торо» пара ближе, чем в большинстве случаев.

На каменной крыше фонаря расположились миллионы маленьких снежинок, любая из которых неповторима и хороша самого внимания. Поражаясь очень сложной форме, совершенной симметрии и нескончаемому разнообразию снежинок, люди издревле связывали их очертания с действием сверхъестественных сил либо божественным промыслом.

Тайну снежных кристаллов грезили разгадать многие великие ученые. В далеком 1611 году трактат о шестилучевой симметрии снежинок опубликовал известный астроном и немецкий математик Иоганн Кеплер. Первую систематизированную классификацию геометрических форм снежинок в 1635 году создал не кто другой, как известный математик, физик, философ и физиолог Рене Декарт.

Ему удалось невооруженным глазом найти кроме того такие редкие снежные кристаллы, как столбики с наконечниками и двенадцатилучевые снежинки. самоё полное изучение их разновидностей и строения снежинок японский физик-ядерщик Укичиро Накая опубликовал только в середине прошлого века. Дабы разгадать тайны образования снежных кристаллов, были нужны современные представления о молекулярной структуре льда и сложные исследовательские разработки — к примеру, рентгеновская кристаллография.

Несмотря на успехи современной науки, люди и по сей день задают вопросы, которыми интересовались тысячи лет назад: из-за чего снежинки симметричны, из-за чего снег белый, правда ли, что среди всех снежинок на свете не найдется двух однообразных? На отечественные вопросы ответил доктор физических наук Калифорнийского технологического университета Кеннет Либбрехт.

Большую часть собственной жизни он посвятил изучению снежных кристаллов, наряду с этим обучась выращивать снежинки в лабораторных условиях а также руководить их формой. Помимо этого, доктор наук Либбрехт известен как создатель самой громадной и разнообразной коллекции фотографий снежинок.

Триединство воды

Многие ошибочно считают, что снежинки — это замерзшие по пути к почва капельки дождя. Очевидно, такое атмосферное явление также случается и именуется «снег с дождем», но прекрасных геометрически верных снежинок в этом коктейле нет. Настоящие снежинки вырастают, в то время, когда водяные пары конденсируются на поверхности ледяного кристалла, минуя жидкую фазу.

Вода — это единственное вещество, которое в повседневной судьбе возможно замечать в тройной точке фазовой диаграммы: его жёсткая, газообразная и жидкая стадии смогут сосуществовать при температуре примерно 0,01 градуса Цельсия. Самый первый кристаллик льда, что является фундаментом будущей снежинки, может появиться и из микроскопической капельки жидкой воды, но все предстоящее строительство является следствием присоединения молекул пара.

Разгадка таинственной симметрии снежинок кроется в кристаллической решетке льда. Лед — это неповторимое вещество, талантливое образовывать более десяти разных кристаллических структур. Кубический лед IX стал центральным элементом романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки», где ему приписывалась фантастическая свойство заморозить всю воду на Земле только одной маленькой гранулой.

В действительности фактически целый лед на планете кристаллизуется в гексагональной сингонии — его молекулы образуют верные призмы с шестиугольным основанием. Как раз шестиугольная форма решетки в конечном итоге обусловливает шестилучевую симметрию снежинок.

Но связь между структурой кристаллической решетки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в десять миллионов раз, неочевидна: если бы молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки оказалась бы неправильной. Все дело в ориентации молекул в расположении и решётке свободных водородных связей, которое содействует образованию ровных граней.

Представьте себе игру в тетрис: установить ровный кубик на ровную же поверхность пара тяжелее, чем заполнить появившуюся в ровной линии брешь. В первом случае приходится выбирать, продумывать стратегию на будущее. А во втором — и без того ясно.

Совершенно верно так же молекулы пара скорее заполняют пустоты, нежели пристают к ровным граням, по причине того, что вакуумы содержат больше свободных водородных связей. В следствии снежинки принимают форму верных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба при относительно маленькой влажности воздуха в самых различных температурных условиях.

Непременно на гранях появляются неровности. Любой холмик притягивает к себе дополнительные молекулы и начинает расти. Снежинка продолжительно путешествует по воздуху, наряду с этим шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего холмика немного выше, чем у граней. Так на снежинке весьма скоро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, поскольку молекулы не терпят пустоты.

Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. На протяжении путешествия маленькой снежинки все ее грани находятся в однообразных условиях, что является предпосылкой для роста однообразных лучей на всех шести гранях.

Путь света

От маршрута, по которому снежинка путешествует с неба на землю, прямо зависит ее вид. В районах с различной влажностью, давлением и температурой грани и лучи растут по-различному. Снежинка, которую ветер пронес над широким ареалом, имеет все шансы купить самую причудливую форму.

Чем продолжительнее снежинка спускается на землю, тем громадные размеры она может купить. Самая громадная снежинка была зафиксирована во второй половине 80-ых годов XIX века в американской Монтане. Ее диаметр составил 38 см, а толщина — 20 см.

В Москве самые большие снежинки, размером с ладонь, выпали 30 апреля 1944 года.

В большинстве случаев же снежинки бывают мелкими, диаметром в несколько миллиметров и массой в несколько миллиграммов. Однако к концу зимы масса снежного покрова северного полушария планеты достигает 13 500 млрд тысячь киллограм. Белое как снег одеяло отражает в космос до 90% солнечного света. А из-за чего, фактически, белое как снег? Из-за чего снег выглядит белым, в то время как снежинки складываются из прозрачного льда? Все разъясняется сложной формой снежинок, их способностью льда и большим количеством преломлять и отражать свет.

Проходя через бессчётные грани снежинок, лучи света преломляются и отражаются, непредсказуемо меняя направление. Снег освещается солнцем и частично лучами различных цветов, отраженными от окружающих объектов. В следствии бессчётных преломлений отражения объектов рассеиваются и снег возвращает по большей части белый солнечный свет.

Совершенно верно таким же свойством владеет гора колотого льда либо битого стекла. Очевидно, на протяжении бессчётных переотражений снег поглощает часть света, причем свет красного спектра поглощается активнее, чем свет светло синий спектра. На поверхности голубоватый оттенок снега чуть заметен, поскольку при прямом попадании практически целый свет отражается.

Попытайтесь выполнить в снегу глубокую узкую ямку, на дно которой не проникал бы свет. В глубине ямки вы сможете разглядеть свет, прошедший через толщу снега, — и он будет синим.

В некоторых случаях снег может покупать совсем неожиданные оттенки. В арктических регионах возможно заметить красный снег: он не тает продолжительное время, исходя из этого между его кристаллами живут водоросли. В середине прошлого века в промышленных городах Европы, отапливаемых по большей части углем, падал тёмный снег.

Нам о тёмном снеге говорили обитатели современного Челябинска.

Свежему снегу в морозный сутки постоянно сопутствует радостный хруст под ногами. Это не что иное, как звук ломающихся кристаллов. Никто не может расслышать, как ломается одна снежинка, но тысячи мелких кристалликов — солидный оркестр. Чем ниже опускается столбик термометра, тем более жёсткими и хрупкими становятся снежинки и тем выше делается тон хруста под ногами.

Набравшись опыта, возможно применять это свойство снега, дабы определять температуру на слух.

Звездная семейка

    Пластинки. Эти узкие снежинки смогут делиться на секторы и иметь широкие плоские лучи, украшенные разнообразными узорами. Пластинки образуются при температуре около -2 либо же -15 градусов

Весьма тяжело классифицировать явление, которое ни имеет повторений в природе. «Все снежинки различные, и их группировка — это во многом вопрос личных предпочтений», — вычисляет Кеннет Либбрехт. Интернациональная классификация жёстких осадков выделяет семь главных типов снежинок. Таблица, созданная Укичиро Накая, содержит 41 морфологический тип.

Метеорологи Магоно и Ли расширили таблицу Накая до 81 типа. Мы предлагаем вам ознакомиться с несколькими основными видами снежных кристаллов.

идентичность мифология

и Снежная Симметрия всех лучей снежинок обусловлены наличием информационного канала между ними.

Неверно. Многим тяжело поверить в простое объяснение симметрии снежинок, которое содержится в следующем: на протяжении роста все грани и лучи снежинок находятся в полностью однообразных условиях, исходя из этого в полной мере смогут вырасти однообразными. Стараясь растолковать симметрию, люди вводят в теории поверхностную энергию, квантовые квазичастицы фононы, возбуждения кристаллической решетки а также сверхъестественные силы.

Доктор наук Кеннет предлагает учесть тот факт, что большинство снежинок полностью не симметричны, а его коллекция фотографий снежинок верной формы — итог тщательного отбора. Так что единственные факторы симметрии — это везение и стабильные условия роста.

Снег, cделанный посредством снежных пушек на лыжных курортах, полностью аналогичен натуральному.

Неверно. Настоящие снежинки образуются, в то время, когда водяные пары конденсируются на ледяном кристалле, минуя жидкую фазу. Снежные пушки распыляют жидкую воду в виде небольших капель, каковые мёрзнут на холодном воздухе и падают на землю. У замерзших капель нет ни граней, ни лучей, это легко мелкие бесформенные кусочки льда.

Кататься на лыжах по ним не хуже, чем по натуральным снежным кристаллам, разве что хрустят они не так звонко.

Двух однообразных снежинок не существует в природе.

Правильно. Тут необходимо определиться, что вычислять снежинкой и что осознавать под словом «однообразный». Микроскопические кристаллы льда, складывающиеся из нескольких молекул воды, смогут быть полностью аналогичными. Не смотря на то, что в этот самый момент направляться учесть, что на 5000 молекул воды приходится одна, которая вместо простого водорода содержит дейтерий. Простые снежинки, к примеру призмы, образующиеся при низкой влажности, смогут смотреться одинаково.

Не смотря на то, что на молекулярном уровне они, само собой разумеется, будут различаться. А вот сложные звездчатые снежинки и правда владеют неповторимой, отличимой на глаз геометрической формой.

И вариантов таких форм, согласно точки зрения физика Джона Нельсона из Университета Рицумеикан в Киото, больше, чем атомов в замечаемой Вселенной

В то время, когда снежинка растает, оказавшуюся воду возможно заморозить, и она примет начальную форму снежинки.

Неверно. На дворе XXI век, но эта сказка передаётся много поколений. Это нереально как с позиций физики, так и с позиций здравого смысла. Да, молекулы воды смогут объединяться в кластеры за счет водородных связей, но связи эти в жидкой фазе живут не более пикосекунды (10−12 с), так что память у воды девичья.

Ни о какой долговременной памяти воды на макроуровне и речи быть не имеет возможности. Помимо этого, как мы уже узнали, снежинки образуются не из воды, а из пара

На советских плакатах возможно заметить снежинки с пятью лучами. Они существуют?

Неверно. Снежинки с пятью лучами живописцы рисовали не с натуры, а руководствуясь собственным наказом партии и идеологическим рвением.

В погоне за снегом

Дабы хорошенько разглядеть настоящие снежинки, необходимо как минимум выйти из дома. А за особенно большими и прекрасными экземплярами нужно будет охотиться по всей стране. Для начала стоит посмотреть на карту осадков и выбрать те места, где довольно часто идет снег.

Совершенно верно так же за снегом гоняются горнолыжники, но нам с ними не по пути: на обустроенных горных курортах, в большинстве случаев, относительно тепло, от 0 до -5 градусов. В такую погоду снежинки, подлетая к почва, подтаивают, покрываются инеем, форма их сглаживается либо вовсе теряется. Для хорошего снега нужен хороший холод — примерно пара десятков градусов ниже нуля. Он разрешает снежинкам расти с уверенностью, до самой почвы сохраняя остроту граней и лучей.

Но и тут принципиально важно знать меру: в большинстве случаев, целый снег выпадает при тех же -200, и при предстоящем понижении температуры воздушное пространство остается сухим, осадки не образуются. Само собой разумеется, в приполярных районах, где температура редко поднимается выше -400, а воздушное пространство весьма сухой, все равно идет снег. Наряду с этим снежинки являются маленькие шестиугольные призмы с идеально ровными гранями, без мельчайшего сглаживания углов.

Но в средней полосе России, в особенности в Центральной Сибири, время от времени выпадают огромные звезды диаметром до 30 см. Возможность заметить большие снежинки значительно возрастает вблизи водоемов: испарения с водохранилищ и озёр — это хороший стройматериал. И конечно же, очень нужно отсутствие сильного ветра, в противном случае громадные снежинки будут сталкиваться между собой и ломаться.

Исходя из этого лесной ландшафт предпочтительнее тундр и степей.

Кроме того Кеннет Либбрехт, путешествуя в мире в отыскивании редких снежных кристаллов, до сих пор не смог отыскать правильный метод угадать, где и в то время, когда снег будет самым лучшим, — в данной формуле через чур много случайных размеров, а итог возможно самым неожиданным. К примеру, Укичиро Накая нашёл и сфотографировал практически все кристаллы, каковые легли в базу его классификации, у себя на родине, на острове Хоккайдо в Японии.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№63, январь 2008).

Магия черная и белая


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: