Можно ли получить снежинку в домашних условиях

Оглавление

Введение …………………………………………………………………………..3

Глава 1. История исследования снежинок………………………………………5

1.1. Образование снежинок………………………………………………..7

1.2. Классификация снежинок…………………………………………….8

1.3. Формы снежинок……………………………………………………..10

1.4. Как звучит снег?………………………………………………………………………..10

1.5. Почему снег белый?…………………………………………………………………..11

1.6. Из чего состоит снежинка?…………………………………………………………11

1.7. О пользе снежинок……………………………………………………11

Глава 2. Выращивание снежинок в домашних условиях …………………….12

2.1. Проведение опыта № 1……………………………………………….12

2.2. Проведение опыта № 2……………………………………………….12

Заключение……………………………………………………………………….13

Список литературы………………………………………………………………14

Приложение 1.Фотографии снежинок………………………………………….15

Приложение 2. Фотография «Изучение литературы по данной теме»………16

Приложение 3. Проведение опыта № 1…………………………………………17

Приложение 4. Проведение опыта № 2…………………………………………18

Приложение 5. Схема образования снежинок…………………………………19

Приложение 6. Классификация снежинок……………………………………..20

Введение

Что за звёздочки резные

На пальто и на платке?

Все сквозные, вырезные,

А возьмёшь – вода в руке.

Своё исследование я начала со своих собственных наблюдений за снегом. Однажды мы с мамой гуляли зимой. Подморозило, в воздухе порхал лёгкий снежок. Я подставила рукавичку – и нечаянно поймала совершенно необыкновенную снежинку. Я таких никогда не видела. Это была снежинка – ромашка, только с шестью лепестками. Я присмотрелась к снежинкам. Одни из них похожи на цветочки, другие на звёздочки. Вот снежинка – как будто ёжик. И все они – шестиконечные. Но сколько бы я ни присматривалась, двух одинаковых не нашла. (Приложение 1.)

Когда я сняла варежку, снежинки быстро таяли на моих тёплых ладошках, превращаясь в капельки воды. А так как мне нравится узнавать все новое и интересное, экспериментировать, наблюдать, то стало еще интересней и появилось много проблемных вопросов:

1. Как рождаются снежинки?

2. Почему снежинки такие неповторимые?

3. Какого цвета снег и как он звучит?

4. Какую пользу приносят снежинки?

5. Можно ли получить снежинки в домашних условиях? Можно ли

их сфотографировать?

Эти вопросы волнуют многих. На протяжении многих лет снежинки изучаются, разглядываются, фотографируются, зарисовываются, выращиваются учёными. И поэтому я решила провести исследование, чтобы узнать, как появляются снежинки и какие тайны они хранят. (Приложение 2.)

Цель исследования:

Вырастить снежинки в домашних условиях.

Задачи исследования:

1. Изучить историю исследования снежинок.

2. Узнать как образуются снежинки.

3. Какого цвета снег и как он звучит.

4. Какую пользу приносят снежинки.

5. Вырастить снежинки в домашних условиях.

Объект исследования:

Природное явление — снежинка.

Предмет исследования:

Выращивание снежинок в домашних условиях.

Методы исследования:

• Изучение литературы по данной теме

• Наблюдение

• Эксперимент

• Сравнительный анализ

Глава 1. История исследования снежинок

Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году издал научный трактат «О шестиугольных снежинках», в котором подверг чудеса природы рассмотрению со стороны жёсткой геометрии. Миниатюра «О шестиугольных снежинках» — это раритет науки, документ теоретической кристаллографии и гордость её истории. «Изобилие глубочайших идей, широта подхода при рассмотрении причин образования снежинок, замечательные геометрические обобщения, смелость и остроумие высказанных гипотез поражают и сейчас» — вот авторитетное мнение историка кристаллографии И. И. Шафрановского.

 В 1635 году формой снежинок заинтересовался французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт, написавший этюд, включённый им впоследствии в «Опыт о метеорах» или просто «Метеоры».

Он писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью зубцами. Декарт был одним из первых, кто детально описал некоторые формы снежных кристаллов, следует заметить, что все наблюдения Декарта были сделаны невооруженным глазом. Декартом описаны некоторые редко встречающиеся формы кристаллов, например 12-лучевые снежинки.

Особенно математика поразила найденная им в середине снежинки «крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность».

В 1885 году, после множества проб и ошибок, американский фермер Уилсон Бентли по прозвищу «Снежинка» получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим сорок шесть лет, сделав более 5000 уникальных снимков. На основе его работ было доказано, что не существует ни одной пары абсолютно одинаковых снежинок (что впоследствии существенно дополнило теорию кристалла).

 Систематическим изучением кристаллов занялся в 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя. Профессор Университета в Хоккайдо много лет наблюдал снежинки в природных условиях, классифицировал, фотографировал, составлял каталоги, а потом стал всемирно известен тем, что стал выращивать кристаллы в лабораторных условиях. Он первый выявил зависимость их формы от температуры и влажности окружающей среды. В Японии существует Музей снега и льда имени Укихиро Накайя, в котором хранятся первые снимки и машина для получения снежинок.

В 1951 году Международная комиссия по снегу и льду приняла довольно простую и получившую широкое распространение классификацию твёрдых осадков. Согласно этой системе, существует семь основных видов кристаллов: пластинки, звёздчатые кристаллы, столбцы (или колонны), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились ещё три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

 В 2001 году свои исследования в области снега начал профессор физики, астроном Кеннет Либбрехт из Калифорнийского технологического института. В лаборатории профессора Либбрехта снежинки выращиваются искусственно.

Для изучения характеристик снежинок профессор Либбрехт с 2001 года начал делать фотографии образовавшихся естественным образом снежинок и проводить их сравнительную классификацию (приложение 1). Структура и внешний вид снежинок, как выяснилось, зависят от того, где именно их наблюдали. По мнению Либбрехта, самые красивые и сложные по структуре снежинки выпадают там, где климат суровее — к примеру, на Аляске, а вот в Нью-Йорке, где климат мягче, структуры снежных кристалликов гораздо проще.

Для того чтобы структура снежинки была хорошо видна на фотографии (а это очень важно для изучения ее кристаллического строения), образец подсвечивают специальным образом, и сама снежинка работает как сложная линза. Либбрехт разработал специальную камеру с встроенным микроскопом для «полевых» исследований. Фотографировать снежинки надо очень быстро — когда снежинка спустилась с неба, ее кристаллики перестают расти и почти сразу же начинают терять четкость граней. Фотографии позволили ученому выявить нестабильности роста кристаллов у снежинок, что раньше еще никому не удавалось.

1.1. Образование снежинок

Даже невооруженным взглядом рассматривая снежинки, можно заметить, что ни одна из них не повторяет другую. Предполагается, что в одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, каждая из которых уникальна.

Как же образуются снежинки? (Приложение 5.) Основа для формирования снежинки, её крошечное ядро — это ледяные или инородные пылинки в тучах. Молекулы воды, хаотично перемещающиеся в виде водяного пара, проходят через облака, то вместе с температурой они теряют и скорость. Все больше и больше шестиугольных молекул воды присоединяется к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму. При этом выпуклые участки снежинки растут быстрее. Так, из первоначально шестигранной пластинки вырастает шести лучевая звездочка. По мнению специалистов в этой области, главная особенность, определяющая форму кристалла, — это крепкая связь между молекулами воды, подобная соединению звеньев в цепи. Кроме того, из-за различного соотношения тепла и влаги кристаллы, которые в принципе должны быть одинаковыми, приобретают различную форму. Сталкиваясь на своем пути с переохлажденными мелкими капельками, снежинка упрощается по форме, сохраняя при этом симметрию.

Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всех возможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95% из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч). Самая крупная когда-либо засвидетельствованная снежинка имела диаметр в 38 мм. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Но путь до земли у каждой свой, довольно долгий, а значит, у каждой — своя история и своя окончательная форма.

1.2. Классификация снежинок

В 1951 году Международная Комиссия по Снегу и Льду приняла классификацию твёрдых осадков. (Приложение 6.) Согласно ей все снежные кристаллы можно разделить на следующие группы: звёздчатые дендриты, пластинки, столбцы, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились еще три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

​ Звёздчатые дендриты

Кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер — 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие — всего 0.1 мм.

​ Пластинки

Множество ледяных ребер как будто делят лопасти снежинок на сектора. Как и звёздчатые дендриты, они плоские и тонкие.

​ Столбики

Хотя плоские, пластинчатые снежинки больше притягивают взгляд, тем не менее самой распространенной формой снежных кристаллов является столбик или колонна. Такие полые столбики могут быть шестигранными, в виде карандаша, заостренные на концах в виде конуса.

​ Иглы

Столбчатые кристаллы, выросшие длинными и тонкими. Иногда внутри них сохраняются полости, а иногда концы расщепляются на несколько веточек.

​ Пространственные дендриты

Очень интересные конфигурации получаются, когда плоские или столбчатые кристаллики срастаются или спрессовываются, образуя объемные структуры, где каждая веточка расположена в своей плоскости.

​ Столбики с наконечниками

Изначально такие кристаллы имеют столбчатую форму, но в результате некоторых процессов меняют направление роста, превращаясь в пластинки. Такое может произойти, если, кристалл заносит ветром в зону с другой температурой.

​ Кристаллы неправильной формы

На долю снежинки может выпасть немало приключений, она может попасть в зону турбулентности и потерять в ней некоторые из своих веточек или разломаться совсем. Обычно таких «покалеченных» снежинок много в сыром снеге, т.е. при относительно высокой температуре, особенно при сильном ветре.

​  Снежная крупа

Твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха около 0° и имеющие вид непрозрачных белых крупинок диаметром 2-5 мм; крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами.

​ Ледяная крупа

Твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха от -5 до +10° в виде прозрачных (или полупрозрачных) ледяных крупинок диаметром 1-3 мм; в центре крупинок — непрозрачное ядро. Крупинки достаточно твёрдые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твёрдую поверхность отскакивают. 
В ряде случаев крупинки могут быть покрыты водяной плёнкой (или выпадать вместе с капельками воды), и если температура воздуха ниже нуля, то, падая на предметы, крупинки смерзаются, и образуется гололёд.

​ Град
Твердые осадки, выпадающие в теплое время года (при температуре воздуха выше +10°) в виде кусочков льда различной формы и размеров: обычно диаметр градин составляет 2-5 мм, но в ряде случаев отдельные градины достигают размеров голубиного и даже куриного яйца (тогда град наносит значительные повреждения растительности, поверхностей автомобилей, разбивает оконные стёкла и т.д.). Продолжительность града обычно невелика — от 1-2 до 10-20 минут. 
В большинстве случаев град сопровождается ливневым дождём и грозой.

1.3. Формы снежинок

Форма и рост снежинок зависят от температуры и влажности воздуха. По мере того как снежинка растет, она становится тяжелее и падает на землю, при этом ее форма изменяется. Если снежинка при падении вращается, как волчок, то ее форма идеально симметрична. Если же она падает боком или иначе, то и форма ее будет несимметричной. Чем большее расстояние пролетит снежинка от облака до земли, тем крупнее она будет. Падающие кристаллы слипаются, образуя снежные хлопья. Чаще всего их размер не превышает 1-2 см. Порой эти хлопья бывают рекордных размеров. В Сербии зимой 1971 года выпал снег с диаметром хлопьев до 30 см!

1.4. Как звучит снег?

Снег скрипит под ногами только в мороз. А почему? Это ломаются под нашей тяжестью лучики снежинок. Звук от одной «сломанной» снежинки так мал, что недоступен человеческому уху. А так как снежинок много, слышится треск. Усиление мороза делает кристаллики более твёрдыми и хрупкими. Чем выше мороз, тем выше тон скрипа.

Есть ещё один интересный факт. При падении в воду снежинка «поёт», создавая очень высокий звук, неслышный для человеческого уха. Зато рыба его прекрасно слышит, и, больше того, очень не любит.

1.5. Почему снег белый?

Снег белый, потому что снежинки – это кристаллы, которые отражают весь спектр света, который мы видим, как белый. Но история знает случаи, когда снег выпадал и других цветов. В Швейцарии в 1969 году выпал чёрный снег, а в Калифорнии в 1955 году люди увидели зелёный снег. В арктических и горных регионах снег может быть розовым, красным, фиолетовым. Это потому, что под его кристаллами могут жить какие-нибудь затейливые водоросли. А в местностях, расположенных недалеко от пустынь, где бушуют песчаные бури, в облака попадают мелкие частицы пыли, окрашивая снежинки в жёлтый и бурый цвета.

1.6. Из чего состоит снежинка?

Снежинки на 95 % состоят из воздуха. Именно поэтому снежинки так медленно падают на землю, словно кружатся в медленном танце.

1.7. О пользе снежинок

Миллиарды снежинок способны повлиять даже на скорость вращения Земли. Но самое главное предназначение снежинок в том, что при таянии весной они питают нашу землю влагой.

Оказывается, под снежным одеялом тепло. Многие звери зарываются в снег, и так спят ночью. Снежный покров спасает растения от вымерзания.

Снежинки служат хорошую службу человеку. Они очищают воздух от пыли и гари, поэтому во время снегопада всегда легко дышится.

На Севере люди делают из снега временные жилища. Нарезают из снега кирпичи и складывают из них домики. Охотники, застигнутые на Чукотке метелью, ложатся в снег с собаками вместе, и их заносит снегом. После метели они выбираются из под снега живыми.

Глава 2. Выращивание снежинок в домашних условиях

Я решила с помощью опыта проверить, правда ли снежинки образуются из пара. (Приложение 3.)

2.1. Проведение опыта № 1

Цель опыта: узнать, правда ли снежинки образуются с помощью пара?

Материал: нитка, горячая вода.

Ход опыта: я вынесла чайник с кипятком на мороз и поместила его под нитку. Пар из чайника поднимается вверх, охлаждается и в виде кристалликов оседает на нитке.

Результат опыта: я поняла принцип образования снежинок. Чем дольше

нитку я держала над паром, тем кристаллы становились больше. Т.е. пары

влаги при низких температурах замерзают, кристаллизуются и образуют

иней, что и является снежинками.

2.2. Проведение опыта № 2

Я решила с помощью опыта узнать, почему выпадает серый снег у АО «Славич». (Приложение 4.)

Цель опыта: узнать, почему выпадает серый снег у АО «Славич».

Материал: стакан, белая ткань.

Ход опыта: я набрала снег у предприятия, насыпала его в стакан и подождала, пока он растает. После того, как снег растаял, образовалась серо-чёрная жидкость. Я взяла ткань и процедила сквозь неё жидкость. На ткани образовалось серо – чёрное пятно с мелкими кусочками гари и запахом мазута.

Результат опыта: я сделала вывод, что выбросы из труб предприятия, способствуют загрязнению атмосферного воздуха. Снежинки по дороге к земле «собирают» пылинки, частички копоти и различные ядовитые вещества. Снег — накопитель загрязняющих веществ. Поэтому и выпадает серый снег у АО «Славич».

Заключение

Проводя свои опыты, я узнала много нового и интересного про снег. Я научилась с помощью опытов доказывать своё предположение. Я узнала, что снежинки образуются в перистых облаках из водяного пара, проверила это опытным путём. Выяснила, что цвет снега зависит от загрязняющих веществ в воздухе, на примере исследования образцов снега взятых у АО « Славич».

Оказывается снежинки – это волшебное явление природы. В снежинках скрыта великая тайна. В самом деле, не волшебно ли это, не удивительно ли: пар из чайника, дым из труб — все это лохматое и бесформенное, поднявшись наверх, в облака, и претерпев какое-то превращение, сыплется к нам обратно не бесформенными комками, не скучной пылью, а в виде кружевных шестиугольных кристаллов.

Как будто сама природа хочет намекнуть нам, что в основе ее лежит не хаос, не беспорядок, а какие-то очень точные и красивые математические законы. А ещё я поняла, что зима без снежинок может быть, а снежинки без зимы не могут существовать.

Список литературы

1. Большая книга вопросов и ответов “Что? Зачем? Почему?”/Пер.К. Мишиной, А. Зыковой.- М: Изд-во Эксмо,2002.

2. Большая энциклопедия школьника. « Планета Земля». – Издательство «Росмэн — Пресс», 2001 г.- 660 с. / А.Ю.Бирюкова.

3. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. – Издательство

« Ключ-С, Филологическое общество «Слово», 1994 г.-488 с./ Славкин В.

4. Иванова А.И. Мир растений. Экологические наблюдения и эксперименты в д.с./А.И.Иванова. -М.: ТЦСфера,2010.

5. https://festival.1september.ru/articles/551060/

6. https://womensnote.ru/index.php/domashniy-ochag/snezhinki-izbumagi-

shemyi.html

7. https://www.vlivkor.com/2011/12/12/otkuda-berutsya-snezhinki-ipochemu-

Byvaet — zima.html

8. https://news.gismeteo.ru/news.n2?

9. https://znajko.ru/ru/kategoria10/561-st82k10.html

10. https://porti.ru/weather/news/

11. https://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/kak-obrazuyutsyasnezhinki/#

ixzz1mBcIuflg

12. https://science.compulenta.ru

13. https://gorod.tomsk.ru/uploads/19609/1289634824/4789777_Utro_tum

annoe.jpg

14. https://static.rbytes.net/fullsize_screenshots/d/x/dx-winter-snowscreensaver.

jpg

Приложение 1.

Фотографии снежинок.

Приложение 2.

Изучение литературы по данной теме.

Приложение 3.

Проведение опыта № 1.

Приложение 4.

Проведение опыта № 2.

Приложение 5.

Схема образования снежинок.

Приложение 6.