Snaigė • Arkadijus Kuramšinas • Mokslinis "Elementų" dienos paveikslas • Fizika, chemija

Snaigė

Nuotraukoje parodyta snaigė, viena iš žiemos simbolių ir artėjančių Naujųjų Metų atostogų. Kodėl snaigė visada turi šešių spalvų simetriją?

Dar 1611 m. Johanas Kepleris savo darbe "Strena Seu de Nive Sexangula" (Naujųjų metų dovana arba "Šešiakampės snaigės") pasiūlė, kad snaigė susideda iš paprastesnių elementų, kurie gali sujungti tik su šešių spindulių simetrijos figūra (žr. C. Schneer, 1960 "Snowflake" ir "Ph. Ball", 2011. Atvirkščiai: "Šešių kampų snaigė"). Simetrijos tyrimai paskatino jo spekuliacijas dėl efektyviausių rutulių pakavimo erdvėje (žr. Keplerio hipotezę). Keplerio novatoriškas darbas simetrijos srityje vėliau buvo naudojamas kristalografijos ir kodavimo teorijoje. Kepleris buvo teisus. Tiesą sakant, vandens molekulės, sudarančios ledą, yra sugrupuotos į šešiakampę molekulinės kristalinės grotelės, kuri galiausiai lemia paties ledo kristalo geometriją – snaiges.

Trikampiai snaigės. Nuotrauka iš snowcrystals.com

Tiesa, ne visos snaigės pasiekia žemę šešiakampiu, taip pat yra ir trikampių. Jie pradeda savo kelionę kaip šešiakampius, tačiau oro srautai atmosferoje gali pagreitinti trijų kintančių spindulių augimą, o krištolas atrodo trikampio formos.Taip pat gali atsitikti taip, kad du šešiakampiai kristalai laikosi kartu ir pradeda augti kaip vienas, formaliai suformuojant dvylikos smailių snaigių.

Dvylikos spindulių snaigės. Nuotrauka iš snowcrystals.com

Japonijos fizikas Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) buvo pirmasis mokslininkas, kuris suprato, kad snaigės forma gali pasakyti apie jo formavimą. 1930 m. Jis buvo pasamdytas už tai, kas jam atrodė perspektyvi, tačiau pasirodė, kad jį samdyti universitetas neturėjo pinigų įsigyti įrangą, reikalingą planuojamam darbui rentgeno analizės srityje. Nakaya neatsisakė ir pradėjo daryti tai, ką leido jo materialinė bazė, ištirti paprastus snaigės ir auginti dirbtinius ant atskirų triušių plaukų (žr. Jo knygą Sniego kristalai: natūralus ir dirbtinis – "Sniego kristalai: natūralūs ir dirbtiniai").

Jis atrado, kad kiekviena snaigė pradeda augti, formuojant šešiakampę prizmę, kuri gali būti tokia pat kaip ir briaunuotas pieštukas, beveik plokščias, kaip šešiakampiai monetos. Kadangi šešiakampio kampai yra šalčiau aplinkui esančio oro, naujų dalių vandens pririšimas prie kampų eina greičiau ir snaigė auga įprastu spinduliu.

Snaigių formavimas: a – atmosferos dulkių dalelė, kuri atlieka kristalizacijos centro vaidmenį; b – vandens garai dengia dulkių paviršių, kondensuojančių ant jo paviršiaus į skystį; į – skystas vanduo kristalizuojasi ledu; g – šešieji susidariusio ledo kristalo kampai auga greičiau nei kitose vietose, nes jie yra labiau atšaldyti ir gali greičiau priimti naujas vandens dalis; d prasideda atsitiktinės ir nepakeičiamos formos – sąlygos gali prisidėti prie naujų šešiakampių, spindulių ir tt augimo.

Snaigės gali būti labai skirtingos. Viršutinėje atmosferoje ledo kristalai auga skirtingomis temperatūromis ir drėgme. Kadangi jų augimas vyksta esant nebalansinėms sąlygoms, susidarę kristalai gali visiškai skirtis nuo Kanonizuoto Naujųjų Metų snaigių vaizdo. Kai kuriose sąlygose ledo šešiakampiai sparčiai auga palei savo ašį, o tada ištempti snaigės – snaigės-kolonos ar adatos-snaigės. Kitose sąlygose jie auga statmenai ašiai, o tada snaigės formuojasi šešiakampėmis plokštelėmis arba šešiakampėmis žvaigždėmis. Vandens lašelis gali užšalti iki kritusio snaigės – susidaro netaisyklingos ir asimetrinės snaigės.

Kaip formuojasi snaigės (pagreitintas šaudymas)

Kaip Amerikos fizikas iš Caltech, Amerikos fizikas iš "Caltech", savo apžvalgoje "Sniego kristalų fizika" (2005) pripažįsta, kad tokie simetriški vandens kristalai – snaigės – formavimo mechanika nėra žinoma net kokybe ir mes ne priartėjome prie jų išvaizdos slėpinio sprendimo, palyginti su Nakai darbais.

Sniego dribsnių rūšys. Svetainės snowsrystals.com paveikslėlis

Snaigės metu beveik neįmanoma rasti identiškų snaigių pora (vienodus snaigės galima auginti tik laboratorijoje, kur galima griežčiau kontroliuoti sąlygas). Nepaisant to, žmogus visada nori rasti tvarką chaosas, taigi yra senos snaigių klasifikavimo tradicijos. 1675 m. Vokietis Friedrichas Martensas apibūdino 24 rūšių snaiges. 1832 m., Dėka Daimyo Doi Toshitsura, snaigių tipų skaičius padidėjo iki 86 (žr. Jo knygą Sekka Zusetu).

"Sekka Zusetsu" – japonų knyga dėl snaigių, parašyta Doi Tositsura 1832 m. Nuotrauka iš digitalcollections.nypl.org

Klasifikacija tęsiasi mūsų laikais, ir dabar mes galime kalbėti apie daugiau nei šimtą rūšių snaigių – nuo žinomų žvaigždžių dendritų iki susijungusių šešių pusių kolonų.Remiantis Nakaya darbais, didžiausios ir gražiausios dendriškų snaigės, būtent tos, kurias mes siejame su Naujųjų Metų atostogomis, auga labai drėgnuose debesyse, esant maždaug -15 ° C temperatūrai.

Šaltinis: Katrina Krämer. Paaiškintuvas: snaigės / Chemijos pasaulis, 2017 m. Gruodžio 8 d.

Nuotrauka Aleksejus Klyatovas iš flickr.com. Kaip fotografuoti snaiges, galite skaityti interviu su fotografu.

Arkadijus Kuramshinas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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