Er det identiske snøfnugg. "Kan snøfnugg være det samme?"

MOBU "Ruem ungdomsskole"

"Kan snøfnugg være det samme"

(prosjekt)

Fullført av: Pugacheva Alina,

2. klasse elev

Leder: Zakharova A.M.,

grunnskolelærer

Ruem landsby, 2013

Jeg elsker å se fallende snøfnugg. Jeg lurte på om alle snøfnugg er like? Jeg bestemte meg for å spørre gutta i klassen min hva de synes om dette.

	Fullt navn på studenten	Ja	Nei
	Azmanova D.
	Apakov V.
	Bogdanov A.
	Yentsov A.
	Ivanov A.
	Kudryavtseva P.
	Logacheva T.
	Mamaev E.
	Mansurov K.
	Mikheeva A.
	Sautov D.
	Safiullina O.
	Smolentseva N.
	Sorokin D.
	Stepanenko M.
	Toktaeva D.
	Tumanova V.
Utfall:

For å svare på dette spørsmålet, må jeg se gjennom ytterligere vitenskapelig og pedagogisk litteratur, se etter tilleggsmateriale på internett.

Mange vet nok at det er umulig å møte et par like snøflak i naturen, men de kan være veldig like hverandre. Dette fenomenet er det flere hundre år gamle mysteriet som prosessen med datasimulering har bidratt til å avsløre i dag.

For første gang prøvde den tyske astronomen og matematikeren Johannes Kepler å komme nærmere løsningen, og skrev i en av sine avhandlinger at alle snøfnugg har seks ansikter og én symmetriakse. Den store vitenskapsmannen assosierte en slik struktur med arten av arrangementet av partiklene. hans antagelser dannet grunnlaget for vitenskapen om krystallografi.

En annen filosof og matematiker, franskmannen René Descartes, begynte i 1635 å studere og beskrive snøfnugg, og observerte dem med det blotte øye. Forskeren beskrev strukturen deres som lik roser, liljer og mekaniske tannhjul med seks tenner. Descartes var også den første som så og beskrev et snøfnugg med 12 stråler. Inntil nå antas det at det tolvspissede snøfnugget er en sjeldenhet, det er ikke kjent med sikkerhet under hvilke forhold dannelsen skjer.

I 1665 studerte den engelske naturforskeren Robert Hooke snøfnugg under et mikroskop. han overlot til vitenskapen et stort nummer av skisser. Og de første fotografiene ble tatt av den amerikanske bonden Wiles Bentley. Denne mannen fra barndommen var glad i strukturen til snøfnugg, og da han hadde muligheten, viet han seg til å fotografere dem. For å få de første skuddene brukte han to år. Designet av Bentley, er kameraet en hybrid av et kamera og et mikroskop. Det er interessant at disse bildene først ikke ble ansett som autentiske, men noen år senere ble de anerkjent og vellykket brukt som illustrasjoner for ulike vitenskapelige artikler. I 1931 ga Bentley ut boken Snow Crystals, som inneholdt over 2500 fotografier.

Men japanerne nærmet seg studiet av spørsmålet mest omhyggelig. Ukihiro Nakaya, en professor ved University of Hokkaido, begynte å dyrke kunstige snøflak i 1932, noe som tillot ham å lage den første klassifiseringen av snøkrystaller. samt å bestemme avhengigheten av formen og størrelsen til disse formasjonene av temperaturen og fuktigheten til den omgivende luften. Han opprettet en klassifisering som inneholder 41 individuelle typer. I byen Kaga, som ligger vest på øya Honshu, er det et "Museum of Snow and Ice", som bærer navnet til en vitenskapsmann. det er en maskin for produksjon av kunstige snøflak. Mange år senere, i 1996, ble 80 typer beskrevet av meteorologene Magano og Xu Li.

Dermed etter å ha studert den vitenskapelige og pedagogiske litteraturen om dette problemet, søkte på Internett, etter å ha sett de fallende snøfnuggene, kom jeg til konklusjonen at Det er ingen identiske snøfnugg, hvert snøfnugg er vakkert på sin egen måte.

Snøfnugg

Vinteren er dekket av snø

Fra morgen til mørkt.

Snøfnugg krøller seg, spinner

Ved vinduet vårt.

Som om stjernene er gnister

spredt rundt.

De sølvfargede haster

De ser inn i huset.

Så vil de be om et rom,

De stikker av igjen

Bak glasset haster de

De ringer til gaten.

S. Baruzdin

Brukte kilder:

Er snøfnugg det samme, eller hva skjuler seg i frossent vann? - Tilgangsmodus:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
Dikt om snø og snøfnugg. - Tilgangsmodus:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

Innholdsfortegnelse.

Introduksjon.

Kapittel 1.

1.1 Opprinnelsen til snøfnugg.

1.2 Er snøfnugg det samme?

Kapittel 2. Mine eksperimenter.

kapittel 3

4. Konklusjon.

5. Kilder som er brukt.

HENSIKTEN MED STUDIEN:

utforske snøfnugg som et fantastisk naturfenomen.

FORSKNINGENS MÅL :

observere snøfnugg i naturen;

studie av dannelsen av snøfnugg;

identifikasjon av en rekke former for snøflak;

observere empirisk dannelsen av snøfnugg;

avdekke elevenes kunnskap om snøfnugg.

HYPOTESE.

Hvis det dannes vann når snøfnugg smelter, kommer snøfnugg fra vann.

Hvis det er så mange snøfnugg, må det i naturen være et stort antall identiske snøfnugg.

STUDIEEMNE.

snøflak

snø

EMNETS RELEVANS. Hver Lite barn veldig nysgjerrige og alle er interessert i hva, hvor, hvordan ...?

FORSKNINGSMETODER:

1. Studere litteratur om snøfnugg.

2. Fotografering av snøfnugg.

3. Gjennomføring av eksperimenter.

4. Analyse av utført arbeid.

Tidspunkt for studiet:januar februar2017.

Introduksjon.

Jeg starter med et rørende, mildt og fortryllende dikt om et snøfnugg.

Snøfnugg.

Lett luftig, hvit snøfnugg,

Hvor rent, hvor modig!

På en stormfull vei feier den lett,

Ikke til de asurblå høydene – den spør etter bakken.

I strålene fra de skinnende dyktige glir

Blant de smeltende flakene er den bevart hvit.

Men den lange veien slutter

En krystallstjerne berører jorden.

Ligger en fluffy snøfnugg fet

Hvor rent, hvor hvitt!

(Konstantin Balmont)

Kapittel 1.

1.1 Opprinnelsen til snøfnugg.

Snø ligger. Snøfnugg flyr. Hva er uvanlig her? Det er bare vinter. Og likevel er dette et annet mirakel av naturen, som ga oss dette fantastisk verden! Utrolig skjønnhet, ikke sant? Det fantastiske er faktisk rundt oss. Så når snøen ligger eller snøfnugg flyr, observerer vi ikke bare fenomenet vinter på jorden, men et virkelig mirakel av naturen som er verdig å studere.

Et snøfnugg er en kompleks symmetrisk struktur som består av iskrystaller. Snø dannes når mikroskopiske vanndråper i skyer tiltrekkes av støvpartikler og fryser. Iskrystallene som dukker opp samtidig faller ned og vokser som følge av kondensering av fuktighet fra luften på dem. I dette tilfellet dannes seksspissede krystallinske former. Og snøfnugget sendes til bakken som en sekstakket stjerne. Men de når bakken i form av snø bare hvis temperaturen er under null. Hvis temperaturen er høyere, fordamper snøfnuggene og blir til vanndamp, som stiger opp igjen. Eller disse krystallene smelter og faller til bakken i form av regn eller korn. Og noen ganger skjer det på taket høyhus snør og det regner allerede ute.

Typen snøfnugg avhenger av vanninnholdet i skyen der de oppsto, lufttemperatur og høyde over havet. Selv om to ble "født" identiske snøfnugg, må de reise til bakken med en hastighet på omtrent 1 km. i timen. De faller inn i forskjellige temperaturforhold og når bakken med et helt annet mønster, men alltid en sekskantet form. Forskere har vært i stand til å identifisere flere grunnleggende former for snøfnugg. De fikk til og med navn:

stjerne,

tallerken,

kolonne,

nål,

lo,

pinnsvin,

stud.

Formen på snøfnugg avhenger av været.

På en vindstille frostdag faller snøfnuggene sakte. De er store, skinnende, som stjerner. Snøfnugg faller ett om gangen, så de er lette å se.

I lett frost ser snøflak ut som snøballer - "snøgryn". Og når sterk vind det er "snøstøv", ettersom vinden bryter av strålene og kantene på snøfnuggene.

Når det ikke er frost, faller til bakken, kleber snøflak seg til hverandre og danner "snøflak". De er store og ligner stykker av bomullsull.

Hvert snøfnugg er like unikt som et fingeravtrykk eller menneskelig DNA. Det er ingen identiske snøfnugg, akkurat som det ikke er identiske blader på trær, identiske regndråper, identiske mennesker.

Men hvis et snøfnugg er en krystall, hvorfor er det så hvitt, skal det være gjennomsiktig? Dette skyldes luften (95%) som er innelukket i den! Lys reflekteres på overflater mellom krystaller og i luften og sprer seg. Takket være luften er snøfnugg veldig lette. Selv under svært kraftig snødrev kan mennesker eller dyr puste under snøen i lang tid.

1.2. Er det identiske snøfnugg?

Er det to identiske snøfnugg? Nei! Dette ble bevist i hans arbeid av bonden Wilson Bentley i 1885, og det var han som klarte å ta det første fotografiet av et snøfnugg under et mikroskop. Og det tok ham 46 år å gjøre dette!
Fra barndommen studerte han formen på krystaller som falt fra himmelen, som han fikk kallenavnet "Snowflake". Wilson viet hele livet til studiet av snøfnugg, totalt tok han 5000 bilder, og ingen av dem hadde gjentatte snøfnugg.

En av de første forskerne som tenkte på snøens struktur, var den tyske matematikeren og astronomen Johannes Kepler (1571–1630). I 1611 ga han ut en kort avhandling, The New Year's Present, eller om de sekskantede snøfnuggene, som kan kalles den første vitenskapelig arbeid dedikert til snøfnugg.

Kapittel 2. Forskning.

Jeg har alltid trodd at hvis vann dannes etter at snøen smelter, vil vanndråper bli til snøflak etter frysing.

Eksperiment 1

Jeg frøs vanndråper, men snøfnuggene fungerte ikke.Og det betyr , snø kommer ikke fra vanndråper. Vanndråper kan bli hagl, isklumper, men ikke snøflak..

Eksperiment 2

I snøen gikk jeg ut, la votten min under snøen. Flere snøfnugg falt på henne. Jeg så på dem med et forstørrelsesglass.

Med sissies kan bare sees godt når de faller inn i håndflaten din. Under påvirkning av til og med liten kraft brytes de, noe som betyr at snøfnugg er veldig skjøre.

Jeg intervjuet 40 barneskoleelever.

I følge resultatene av intervjuet

35 av 40 gutter sier at et snøfnugg er laget av vann;

30 av 40 gutter sier at det er identiske snøfnugg;

Siden jeg virkelig liker snøfnugg, lærte jeg å klippe dem ut av papir, dekorere og tegne.

På Nyttår Jeg hadde et snøfnuggkostyme:

Og også husket foreldrene mine og jeg hvordan vi bygde et hus fra detaljene til designeren. Jeg tok små deler, og bygget viste seg å være stort. Naturen vet også hvordan den skal bygge. Men hun bygger ikke hus, men snøflak fra en uvanlig iskonstruktør - fra bittesmå isflak!

kapittel 3

Under et snøfall i 1987 i Fort Coe (Montana, USA) ble det funnet et snøfnugg - en verdensrekordholder med en diameter på 38 cm.

Mer enn halvparten av befolkningen Kloden aldri sett snø, bortsett fra på fotografier.

På Langt nord snøen er så hard at øksen, når den blir slått, ringer som om den ble slått med jern.

I Japan kaller forskerne snøfnugg for bokstaver fra himmelen, som er skrevet i hemmelige hieroglyfer.

Konklusjon.

Når jeg jobbet med temaet, nådde jeg målet mitt og lærte mye om snøfnugg. I prosessen med å studere og undersøke løste jeg oppgavene som ble satt av meg. Dessverre ble ikke mine hypoteser bekreftet. Mens jeg jobbet med prosjektet, lærte jeg at ingen snøfnugg er like. Jeg lærte også at de dukker opp fra diamantstøv, de har alltid et senter, er symmetriske og sekskantede.

Brukte kilder:

Er snøfnugg det samme, eller hva skjuler seg i frossent vann? - Tilgangsmodus:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

Dikt om snø og snøfnugg. - Tilgangsmodus:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

Forskere identifiserer to alternativer for dannelse av snøkrystaller. I det første tilfellet, vanndamp båret av vinden for en veldig stor høyde, hvor temperaturen er rundt 40°C, kan plutselig fryse og danne iskrystaller. I det nedre skylaget, der vannet fryser saktere, dannes det en krystall rundt en liten flekk av støv eller jord. Denne krystallen, som det er fra 2 til 200 av i ett snøfnugg, har form som en sekskant, så de fleste snøfnugg er en sekstakkede stjerne.

"Land of Snows" - et slikt poetisk navn ble oppfunnet for Tibet av innbyggerne.

Formen på et snøfnugg avhenger av mange faktorer: temperatur rundt, fuktighet, trykk. Likevel skilles det ut 7 hovedtyper av krystaller: plater (hvis temperaturen i skyen er fra -3 til 0 ° C), stjernekrystaller, kolonner (fra -8 til -5 ° C), nåler, romlige dendritter, kolonner med et tips og uregelmessige former. Det er bemerkelsesverdig at hvis snøfnugget roterer når det faller, vil formen være perfekt symmetrisk, og hvis det faller sidelengs eller på annen måte, vil det ikke gjøre det.

Iskrystaller er sekskantede: de kan ikke kobles i en vinkel - bare i en kant. Derfor vokser strålene fra et snøfnugg alltid i seks retninger, og forgreningen fra strålen kan bare gå i en vinkel på 60 eller 120 °.

Siden 2012 har World Snow Day blitt feiret den nest siste søndagen i januar. Dette ble initiert av Det internasjonale skiforbundet.

Snøfnugg virker hvite på grunn av luften de inneholder: lys med forskjellige frekvenser reflekteres på kantene mellom krystallene og spres. Størrelsen på et vanlig snøfnugg er omtrent 5 mm i diameter, og massen er 0,004 g.

Når du scoret filmen "Alexander Nevsky", ble knirken av snø oppnådd ved å presse blandet sukker og salt.

Det antas at ingen snøflak er like. Dette ble først bevist i 1885, da den amerikanske bonden Wilson Bentley tok det første vellykkede mikroskopiske bildet av et snøfnugg. Han viet 46 år til dette og tok mer enn 5000 fotografier, på grunnlag av disse ble teorien bekreftet.

Pioneren for studiet av "teorien om snø" var den unge bonden Wilson Alison Bentley, med kallenavnet "Snøfnugg". Fra barndommen ble han tiltrukket av den uvanlige formen til krystaller som falt fra himmelen. I hans hjemby Jericho i det nordlige USA var snøfall en vanlig forekomst, og unge Wilson tilbrakte mye tid ute og studerte snøfnugg.

Wislon "Snowflakes" Bentley

Bentley tilpasset et kamera til et mikroskop gitt av moren til hans 15-årsdag og prøvde å fange snøflak. Men det tok nesten fem år å forbedre teknologien – først 15. januar 1885 ble det første klare bildet tatt.

Gjennom hele livet har Wilson fotografert 5000 forskjellige snøfnugg. Han sluttet aldri å beundre skjønnheten til disse miniatyrverkene i naturen. For å skaffe mesterverkene sine jobbet Bentley på minusgrader, og plasserer hver helhet av de funnet snøfnuggene på en svart bakgrunn.

Wilsons arbeid har blitt rost av både forskere og kunstnere. Han ble ofte invitert til å tale kl vitenskapelige konferanser eller legg ut bilder kunstgallerier. Dessverre døde Bentley i en alder av 65 år av lungebetennelse, uten å bevise at det ikke finnes identiske snøfnugg.

Stafettpinnen til «teorien om snø» ble plukket opp hundre år senere av forskeren Nasjonalt senter Atmosfærisk forskning av Nancy Knight. I en artikkel publisert i 1988 beviste hun det motsatte - identiske snøfnugg kan og bør eksistere!

Dr. Knight prøvde å reprodusere prosessen med å bygge snøflak inn laboratorieforhold. For å gjøre dette dyrket hun flere vannkrystaller, og utsatte dem for de samme prosessene med underkjøling og overmetning. Som et resultat av forsøkene klarte hun å få snøflak helt identiske med hverandre.

Lengre feltobservasjoner og behandlingen av eksperimentelle feil tillot Nancy Knight å hevde at forekomsten av identiske snøfnugg er mulig og kun bestemmes av sannsynlighetsteori. Etter å ha satt sammen en sammenlignende katalog over himmelkrystaller, konkluderte Knight med at snøfnugg har 100 tegn på forskjell. Så måte Total alternativer utseende er 100! de. nesten 10 til 158. potens.

Det resulterende tallet er dobbelt så mange atomer i universet! Men dette betyr ikke at tilfeldigheter er helt umulige – konkluderer Dr. Knight i sitt arbeid.

Og nå - ny forskning på "teorien om snø". Forleden, professor i fysikk University of California Kenneth Libbrecht publiserte resultatene av mange års forskning fra sin vitenskapelige gruppe. "Hvis du ser to identiske snøflak, er de fortsatt forskjellige!" - sier professoren.

Libbrecht beviste at for hvert fem hundre oksygenatomer med en masse på 16 g/mol, er det ett atom med en masse på 18 g/mol i sammensetningen av snømolekyler. Strukturen til bindingene til et molekyl med et slikt atom er slik at det innebærer utallige tilkoblingsmuligheter innenfor krystallgitteret. Med andre ord, hvis to snøfnugg virkelig ser like ut, må identiteten deres fortsatt verifiseres på mikroskopisk nivå.

Å lære seg egenskapene til snø (og snøflak spesielt) er ikke en barnelek. Kunnskap om snø og snøskyers natur er svært viktig i studien Klima forandringer. Og noen av de uvanlige og uutforskede egenskapene til is kan også finne praktiske anvendelser.

Har du noen gang hørt uttrykket "dette snøfnugget er spesielt", sier de, fordi det vanligvis er mange av dem, og de er alle vakre, unike og fascinerende, hvis du ser nøye etter. Gammel visdom sier at ingen snøfnugg er like, men er det virkelig sant? Hvordan kan du i det hele tatt erklære dette uten å se på alle de fallende og fallende snøfnuggene? Plutselig er et snøfnugg et sted i Moskva ikke forskjellig fra et snøfnugg et sted i Alpene.

For å løse dette problemet med vitenskapelig poeng visning, må vi vite hvordan et snøfnugg blir født og hva som er sannsynligheten (eller usannsynligheten) for at to identiske vil bli født.

Snøfnugg tatt med et konvensjonelt optisk mikroskop

Et snøfnugg, i kjernen, er bare vannmolekyler som binder seg sammen i en bestemt fast konfigurasjon. De fleste av disse konfigurasjonene har en slags sekskantet symmetri; dette har å gjøre med hvordan vannmolekyler, med deres spesifikke bindingsvinkler - som bestemmes av fysikken til et oksygenatom, to hydrogenatomer og elektromagnetisk kraft- kan kommunisere med hverandre. Den enkleste mikroskopiske snøkrystallen som kan sees under et mikroskop er en milliondels meter (1 mikron) i størrelse og kan være veldig enkel i formen, for eksempel en sekskantet krystallplate. Den er omtrent 10 000 atomer bred, og det er mange som ligner på den.

I følge Guinness Book of World Records oppdaget Nancy Knight fra National Center for Atmospheric Research tilfeldigvis to identiske snøflak mens hun studerte snøkrystaller under en snøstorm i Wisconsin mens hun bar et mikroskop. Men når representanter sertifiserer to snøfnugg som identiske, kan de bare bety at snøfnuggene er identiske for mikroskopets nøyaktighet; når fysikk krever at to ting er identiske, må de være identiske ned til den subatomære partikkelen. Som betyr:

du trenger de samme partiklene
i samme konfigurasjoner
med de samme forbindelsene
i to helt forskjellige makroskopiske systemer.

La oss se hvordan dette kan ordnes.

Ett vannmolekyl er ett oksygenatom og to hydrogenatomer bundet sammen. Når de frosne vannmolekylene binder seg, får hvert molekyl fire andre festede molekyler i nærheten: ett ved hvert av de tetraedriske toppunktene over hvert enkelt molekyl. Dette får vannmolekylene til å folde seg til en gitterform: sekskantet (eller sekskantet) krystallgitter. Men store "terninger" av is, som i kvartsavsetninger, er ekstremt sjeldne. Når du ser på de minste skalaene og konfigurasjonene, finner du at topp- og bunnplanene til dette rutenettet er pakket og koblet veldig tett: du har "flate kanter" på to sider. Molekylene på de resterende sidene er mer åpne, og ytterligere vannmolekyler binder seg til dem mer tilfeldig. Spesielt sekskantede hjørner har mest svake bånd, så vi observerer en seksdobbelt symmetri i krystallvekst.

Nye strukturer vokser deretter i de samme symmetriske mønstrene, og bygger opp sekskantede asymmetrier etter å ha nådd en viss størrelse. I store, komplekse snøkrystaller er det hundrevis av lett gjenkjennelige egenskaper når de sees under et mikroskop. Hundrevis av funksjoner blant de omtrent 1019 vannmolekylene som utgjør et typisk snøfnugg, ifølge Charles Knight fra National Center for Atmospheric Research. For hver av disse funksjonene er det millioner mulige steder hvor nye grener kan dannes. Hvor mange slike nye funksjoner kan et snøfnugg danne og likevel ikke bli en av mange?

Hvert år rundt om i verden faller omtrent 1015 (kvadrillioner) kubikkmeter snø på bakken, og hver kubikkmeter inneholder rundt flere milliarder (109) individuelle snøflak. Siden jorden har eksistert i omtrent 4,5 milliarder år, har 1034 snøflak falt på planeten gjennom historien. Og vet du hvor mange, statistisk sett, separate, unike, symmetriske forgreningstrekk et snøfnugg kan ha og forvente en tvilling på et bestemt tidspunkt i jordens historie? Bare fem. Mens ekte, store, naturlige snøflak vanligvis har hundrevis av dem.

Selv på nivået en millimeter i et snøfnugg kan du se ufullkommenheter som er vanskelige å duplisere.

Og bare på det mest verdslige nivået kan du feilaktig se to identiske snøfnugg. Og hvis du er klar til å gå ned molekylært nivå situasjonen vil bli mye verre. Oksygen har vanligvis 8 protoner og 8 nøytroner, mens hydrogen har 1 proton og 0 nøytroner. Men 1 av 500 oksygenatomer har 10 nøytroner, 1 av 5000 hydrogenatomer har 1 nøytron, ikke 0. Selv om du danner perfekte sekskantede snøkrystaller, og det er 1034 snøkrystaller i hele planetens historie, vil det være nok til å gå ned til størrelsen på flere tusen molekyler (mindre enn lengden på synlig lys) for å finne en unik struktur planeten aldri har sett før.

Men hvis du ignorerer de atomære og molekylære forskjellene og forlater det "naturlige", har du en sjanse. Snowflake-forsker Kenneth Libbrecht fra California Teknologisk institutt har utviklet en teknikk for å lage kunstige «identiske tvillinger» av snøflak og fotograferer dem ved hjelp av et spesielt mikroskop kalt SnowMaster 9000.

Likevel ligner mange snøfnugg på hverandre. Men hvis du ser etter virkelig identiske snøfnugg på et strukturelt, molekylært eller atomært nivå, vil naturen aldri gi deg dette. Et slikt antall muligheter er store ikke bare for jordens historie, men også for universets historie. Hvis du vil vite hvor mange planeter du trenger for å få to identiske snøfnugg i de 13,8 milliarder årene av universets historie, er svaret i størrelsesorden00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 lite sannsynlig. Så ja, snøfnugg er virkelig unike. Og det er mildt sagt.