¿Por qué no hay dos copos de nieve idénticos? Por qué no hay copos de nieve idénticos Cómo se forman los copos de nieve y por qué sus formas son diferentes

El sitio web para escolares y sus padres Zateevo.ru descubrió que no existen copos de nieve idénticos.

S N E ZH I N K I

EN

¡FOTOS DE YAROSLAV GNATIUK!

No hay nada más ingrávido que los diminutos copos de nieve. Si cae en tu mano, ¡no lo sentirás!

Pesan alrededor de un miligramo, rara vez, 2...3 miligramos.

La gente rara vez mira los copos de nieve, pero no hay dos copos de nieve exactamente iguales. Las mejores colecciones de microfotografías contienen más de 5 mil fotografías de copos de nieve diferentes entre sí.

ZATEEVO presenta una colección de copos de nieve del fotógrafo ucraniano Yaroslav Yuryevich Gnatyuk. Yaroslav Gnatyuk vive y trabaja en Dnepropetrovsk, su trabajo está relacionado con los sistemas de pago bancario y la microfotografía es un pasatiempo. Pero sus fotografías son tan profesionales que este año se convirtió en el ganador del concurso de fotografía de Yandex.

¿Por qué todos los copos de nieve son tan diferentes?

Al principio, todos los embriones de copos de nieve parecen pequeños prismas hexagonales. Luego, agujas de hielo completamente idénticas (brotes laterales) comienzan a crecer desde las seis esquinas del prisma. Las agujas son idénticas porque la temperatura y la humedad alrededor del embrión también son las mismas. En ellos, a su vez, crecen brotes laterales (ramitas), como en un árbol. El copo de nieve comienza a aumentar rápidamente de tamaño. Al mismo tiempo, las zonas convexas del copo de nieve crecen más rápido. Así, una estrella de seis rayos crece a partir de una placa inicialmente hexagonal. Al moverse hacia arriba y hacia abajo en una nube, un copo de nieve encuentra condiciones con diferentes temperaturas y contenido de vapor de agua. Su forma cambia. Así es como los copos de nieve se vuelven diferentes. Aunque en una misma nube a la misma altura pueden “emergir” idénticos. Cada copo de nieve tiene su propio camino hasta el suelo. Esto significa que cada uno tiene su propia forma final. Los copos de nieve caen a una velocidad de aproximadamente 15 metros por minuto. Casi no están conectados entre sí, e incluso un ligero viento de 2 metros por segundo los pone en movimiento. En el aire, la forma de los copos de nieve cambia constantemente. La formación y el crecimiento de los copos de nieve están influenciados por muchos factores.

El hielo que forma el copo de nieve es transparente. Pero cuando hay muchos copos de nieve, la luz del sol, reflejada y esparcida sobre las numerosas caras de los copos de nieve, nos da la impresión de una masa blanca y opaca: la llamamos nieve. Al chocar con pequeñas gotas de agua sobreenfriada a lo largo de su camino, el copo de nieve simplifica su forma. Ante una gran caída, puede convertirse en granizo. Diferentes lugares tienen su propia nieve, dependiendo de las condiciones climáticas.

Se sabe que en la primavera de 1944 cayeron en Moscú copos de nieve de hasta 10 centímetros. En Siberia se observaron copos de nieve de hasta 30 centímetros. Una condición necesaria para ello es la calma total. Los copos de nieve giran en el aire durante mucho tiempo, suben y bajan, viajan durante mucho tiempo, chocan y entrelazan entre sí. La más mínima brisa rompe esos copos en partes separadas. A bajas temperaturas y fuertes vientos, los copos de nieve chocan en el aire, se desmoronan y caen al suelo en forma de escombros.

Todos los materiales del sitio web para niños Zateevo.ru se recopilan aquí:. El sitio para niños Zateevo.ru es el único recurso educativo de este tipo entre los que se pueden encontrar en los catálogos de sitios para niños. ¡Zateevo.ru está cambiando la forma habitual de Internet en la escuela!

La naturaleza en invierno es hermosa: solo hay que reducir la velocidad por un minuto, mirar los árboles cubiertos de nieve, los ventisqueros esponjosos y estirar la palma de la mano: algunos copos de nieve caerán sobre ella. No hay nada más bello e ingrávido que estas obras de la naturaleza en miniatura.

Qué lástima que sus bellos estampados sólo puedan admirarse por poco tiempo.

Quizás hayas escuchado la afirmación: no hay dos copos de nieve iguales. Analicemos este “problema invernal”.

A primera vista, el proceso de formación de los copos de nieve es muy complejo. Aquí están involucradas las leyes físicas de las interacciones de las partículas elementales. En la atmósfera, a temperaturas bajo cero, las moléculas de agua son atraídas por las moléculas de polvo y se solidifican formando cristales de seis puntas. Entre los rayos individuales del cristal, debido a la estructura de la molécula de agua, son posibles ángulos de sólo 60 o 120 grados, y se forman diversas formas y patrones de copos de nieve gracias a los nuevos cristales que se unen a los vértices del hexágono.

Así, descubrimos que:

• Los copos de nieve se forman dentro de una nube de hielo a partir del vapor, sin pasar por la fase líquida.
• El crecimiento de los copos de nieve depende de las condiciones externas: humedad y temperatura del aire.
• Los “embriones” de los copos de nieve tienen forma hexagonal.
• La forma de un copo de nieve puede cambiar a medida que atraviesa la atmósfera.
• La velocidad de caída de un copo de nieve es de 15 m/minuto.
• El hielo que forma el copo de nieve es transparente.

Echemos un vistazo más de cerca al último hecho. ¿Por qué si un copo de nieve es transparente, entonces la nieve es blanca? Las leyes de la física responden a esta pregunta: la luz, reflejada en los bordes de los copos de nieve, crea la impresión de una masa blanca, a la que llamamos nieve.

Por eso, el proceso de formación de los copos de nieve ha preocupado a muchas mentes.

Los pioneros de la teoría de la “nieve” fueron el granjero W.E. Bentley y el Dr. N. Knight.

A lo largo de su vida, Bentley creó una enorme colección de fotografías de copos de nieve que interesaron tanto a científicos como a fotógrafos. El Dr. Knight pudo reproducir el proceso de formación de los copos de nieve en el laboratorio.

Sus conocimientos y trabajos científicos fueron sistematizados por el profesor de la Universidad de California, K. Libbrecht, quien, en el proceso de estudiar este tema, formuló la siguiente afirmación: "Si ves dos copos de nieve idénticos, ¡aún son diferentes!".

Fue él quien fundamentó científicamente su afirmación, explicando que las moléculas y átomos que forman una red cristalina pueden tener una gran variedad de formas de conectarse.

Libbrecht afirmó que visualmente los copos de nieve pueden verse iguales, pero cuando se ven bajo un microscopio, ¡los patrones serán completamente diferentes!

Ahora ya lo sabes, si cae nieve fuera de la ventana, ¡cada uno de los copos de nieve será único e inimitablemente hermoso a su manera!

En la naturaleza se encuentran copos de nieve idénticos. En casos excepcionales. Esto fue registrado por primera vez por especialistas del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de EE. UU. en 1988.

Foto: pixabay.com

Investigador nancy caballero en su obra “¿No hay dos iguales?” demostró que en la naturaleza se pueden encontrar copos de nieve idénticos.

Knight llegó a esta conclusión después de obtener experimentalmente copos de nieve idénticos en condiciones de laboratorio. Demostró su teoría matemáticamente, mediante la teoría de la probabilidad. Dedujo 100 características distintivas de los copos de nieve, de las cuales se puede juzgar que hay 10 elevado a 158 potencias de diferentes variantes de los copos de nieve. Y aunque el número resultante es infinitamente grande, esto no excluye la posibilidad de coincidencia de copos de nieve, dice Knight.

Al mismo tiempo, según Profesor de Física de la Universidad de California Kenneth Libbrecht, los copos de nieve aparentemente idénticos tienen diferencias en su estructura interna, es decir, en la red cristalina. Por tanto, no se puede decir que, en principio, sea posible encontrar copos de nieve completamente idénticos en forma y estructura atómica.

¿Cómo se forman los copos de nieve y por qué tienen diferentes formas?

El proceso de formación de copos de nieve implica la sublimación de cristales desde la fase gaseosa, sin pasar por el estado líquido. Cuando se forma un copo de nieve, las moléculas de agua crecen caóticamente desde el momento en que se forma el cristal inicial. Así, el copo de nieve crece de forma desordenada.

El crecimiento de los copos de nieve depende de condiciones externas, como la temperatura y la humedad. Dependiendo de estas y otras condiciones, se superponen nuevas capas de moléculas, formando cada vez una nueva forma de copo de nieve.

Todos los copos de nieve tienen seis lados, porque cuando las moléculas de agua se congelan, se alinean en un orden especial, dando como resultado una figura geométrica hexagonal.

El crecimiento de un copo de nieve está determinado por la temperatura del aire a la que se produjo su formación. Cuanto más baja es la temperatura, menor es el tamaño del copo de nieve.

Las direcciones de crecimiento de los copos de nieve se deben al hecho de que los cristales de hielo son hexagonales. Dos cristales no pueden estar conectados por un ángulo; siempre están conectados entre sí por un borde. Por lo tanto, los rayos siempre crecen en seis direcciones, y una “rama” sólo puede extenderse desde el rayo en un ángulo de 60 o 120 grados.

¿Alguna vez has escuchado la frase “este copo de nieve es especial”, dicen, porque suelen ser muchos y todos son hermosos, únicos y fascinantes si te fijas bien? Dice el viejo refrán que no hay dos copos de nieve iguales, pero ¿es realmente cierto? ¿Cómo puedes siquiera declarar esto sin mirar todos los copos de nieve que caen y caen? De repente, un copo de nieve en algún lugar de Moscú no es diferente de un copo de nieve en algún lugar de los Alpes.

Para abordar esta cuestión desde un punto de vista científico, necesitamos saber cómo nace un copo de nieve y cuál es la probabilidad (o improbabilidad) de que nazcan dos iguales.

Copo de nieve capturado con un microscopio óptico convencional

Un copo de nieve, en esencia, son solo moléculas de agua que se unen en una determinada configuración sólida. La mayoría de estas configuraciones tienen algún tipo de simetría hexagonal; tiene que ver con cómo las moléculas de agua con sus ángulos de enlace específicos, que están determinados por la física de un átomo de oxígeno, dos átomos de hidrógeno y la fuerza electromagnética, pueden unirse entre sí. El cristal microscópico de nieve más simple que se puede examinar con un microscopio tiene un tamaño de una millonésima de metro (1 micrón) y puede tener una forma muy simple, por ejemplo, una placa de cristal hexagonal. Su ancho es de aproximadamente 10.000 átomos y hay muchos otros similares.

• necesitas las mismas partículas,
• en las mismas configuraciones
• con las mismas conexiones
• en dos sistemas macroscópicos completamente diferentes.

Veamos cómo se puede arreglar esto.

y el crecimiento de un copo de nieve, una configuración particular de un cristal de hielo

Luego, las nuevas estructuras crecen en los mismos patrones simétricos, aumentando en asimetrías hexagonales una vez que alcanzan un cierto tamaño. Los cristales de nieve grandes y complejos tienen cientos de características fácilmente distinguibles cuando se observan con un microscopio. Cientos de características se encuentran entre las aproximadamente 10 19 moléculas de agua que forman un copo de nieve típico, según Charles Knight del Centro Nacional de Investigación Atmosférica. Para cada una de estas funciones existen millones de lugares posibles donde se pueden formar nuevas ramas. ¿Cuántas características nuevas puede formar un copo de nieve sin convertirse en uno más entre muchos?

Cada año caen aproximadamente 10,15 (cuatrillones) de metros cúbicos de nieve en todo el mundo, y cada metro cúbico contiene alrededor de varios miles de millones (10,9) de copos de nieve individuales. Desde que la Tierra existe desde hace unos 4.500 millones de años, han caído sobre el planeta 10 34 copos de nieve a lo largo de la historia. ¿Y sabes, desde un punto de vista estadístico, cuántas características de ramificación simétricas, únicas y separadas podría tener un copo de nieve y esperar que tenga un gemelo en un momento determinado de la historia de la Tierra? Solo cinco. Mientras que los copos de nieve naturales, grandes y reales suelen tener cientos de ellos.

Incluso al nivel de un milímetro en un copo de nieve se pueden ver imperfecciones difíciles de duplicar.

Y sólo en el nivel más mundano se pueden ver por error dos copos de nieve idénticos. Y si estás dispuesto a bajar al nivel molecular, la situación empeora mucho. Normalmente, el oxígeno tiene 8 protones y 8 neutrones, mientras que un átomo de hidrógeno tiene 1 protón y 0 neutrones. Pero 1 de cada 500 átomos de oxígeno tiene 10 neutrones, 1 de cada 5000 átomos de hidrógeno tiene 1 neutrón, no 0. Incluso si se forman cristales de nieve hexagonales perfectos, y en toda la historia del planeta Tierra se han contado 10 34 cristales de nieve, eso Será suficiente reducir el tamaño de varios miles de moléculas (menos que la longitud de la luz visible) para encontrar una estructura única que el planeta nunca antes había visto.

Al cultivarlos uno al lado del otro en el laboratorio, demostró que era posible crear dos copos de nieve que eran indistinguibles.

Dos copos de nieve casi idénticos cultivados en un laboratorio de Caltech

Casi. Serán indistinguibles para una persona que los mire con sus propios ojos a través de un microscopio, pero en realidad no serán idénticos. Al igual que los gemelos idénticos, tendrán muchas diferencias: tendrán diferentes sitios de unión molecular, diferentes propiedades de ramificación, y cuanto más grandes sean, mayores serán las diferencias. Por eso estos copos de nieve son muy pequeños, pero el microscopio es potente: son más parecidos cuanto menos complejos.

Dos copos de nieve casi idénticos cultivados en un laboratorio de Caltech

Sin embargo, muchos copos de nieve son similares entre sí. Pero si buscas copos de nieve verdaderamente idénticos a nivel estructural, molecular o atómico, la naturaleza nunca te los dará. Esta cantidad de posibilidades es grande no sólo para la historia de la Tierra, sino también para la historia del Universo. Si quieres saber cuántos planetas se necesitan para obtener dos copos de nieve idénticos a lo largo de los 13.800 millones de años de historia del universo, la respuesta es del orden de 10 1000000000000000000000000. Teniendo en cuenta que sólo hay 10 80 átomos en el Universo observable, esto es extremadamente improbable. Entonces sí, los copos de nieve son verdaderamente únicos. Y eso es por decirlo suavemente.

Tabla de contenido.

Introducción.

Capítulo 1.

1.1.Origen de los copos de nieve.

1.2.¿Hay copos de nieve idénticos?

Capítulo 2. Mis experimentos.

Capítulo 3. Datos interesantes sobre los copos de nieve.

4. Conclusión.

5. Fuentes utilizadas.

PROPÓSITO DEL ESTUDIO:

Estudie los copos de nieve como un fenómeno natural sorprendente.

INVESTIGAR OBJETIVOS :

observar copos de nieve en la naturaleza;

estudiar la formación de copos de nieve;

identificar la variedad de formas de copos de nieve;

observar experimentalmente la formación de copos de nieve;

Identificar el conocimiento de los estudiantes sobre los copos de nieve.

HIPÓTESIS.

Si se forma agua cuando los copos de nieve se derriten, entonces los copos de nieve surgen del agua.

Si hay tantos copos de nieve, entonces debe haber una gran cantidad de copos de nieve idénticos en la naturaleza.

TEMA DE ESTUDIO.

copos de nieve

nieve

RELEVANCIA DEL TEMA. Cada niño pequeño es muy curioso y todos se preguntan ¿qué, dónde, cómo...?

MÉTODOS DE BÚSQUEDA:

1. Estudiar literatura sobre copos de nieve.

2. Fotografiar copos de nieve.

3. Realización de experimentos.

4. Análisis del trabajo realizado.

Tiempo de estudio:enero febrero2017.

Introducción.

Empezaré con un poema conmovedor, tierno y fascinante sobre un copo de nieve.

Copo de nieve.

Copo de nieve blanco, esponjoso y claro,

¡Qué pura, qué valiente!

El camino tormentoso pasa fácilmente

No a las alturas azules, pide aterrizar.

Se desliza hábilmente en los rayos brillantes.

Entre los copos derretidos, todavía es blanco.

Pero ahora el largo camino termina

Una estrella de cristal toca la tierra.

Un copo de nieve esponjoso y valiente yace

¡Qué pura, qué blanca!

(Constantín Balmont)

Capítulo 1.

1.1.Origen de los copos de nieve.

Hay nieve. Los copos de nieve vuelan. ¿Qué es inusual aquí? Acaba de llegar el invierno. ¡Y sin embargo, este es otro milagro de la naturaleza que este maravilloso mundo nos ha regalado! Increíble belleza, ¿no? Realmente es asombroso lo que nos rodea. Entonces, cuando hay nieve o copos de nieve volando, usted y yo estamos observando no sólo el fenómeno del invierno en la Tierra, sino un verdadero milagro de la naturaleza digno de estudio.

Un copo de nieve es una estructura simétrica compleja que consta de cristales de hielo. La nieve se forma cuando las gotas microscópicas de agua en las nubes son atraídas por las partículas de polvo y se congelan. Los cristales de hielo que aparecen caen y crecen como resultado de la condensación de la humedad del aire sobre ellos. Esto produce formas cristalinas de seis puntas. Y el copo de nieve cae al suelo como una estrella de seis puntas. Pero sólo llegan al suelo en forma de nieve si la temperatura es bajo cero. Si la temperatura sube, los copos de nieve se evaporan y se convierten en vapor de agua, que vuelve a subir. O estos cristales se derriten y caen al suelo en forma de lluvia o cereales. Y a veces sucede que está nevando en el tejado de un edificio de gran altura, pero afuera ya está lloviendo.

El tipo de copos de nieve depende del contenido de agua en la nube donde se originó, la temperatura del aire y la altitud sobre el nivel del mar. Incluso si “nacieran” dos copos de nieve idénticos, tendrían que viajar hasta el suelo a una velocidad de aproximadamente 1 km. a la una. Se encuentran en diferentes condiciones de temperatura y llegan al suelo con patrones completamente diferentes, pero siempre de forma hexagonal. Los científicos han podido identificar varias formas principales de copos de nieve. Incluso les pusieron nombres:

estrella,

lámina,

columna,

aguja,

pelusa,

erizo,

semental.

La forma de los copos de nieve depende del clima.

En un día helado y sin viento, los copos de nieve caen lentamente. Son grandes, brillantes, como estrellas. Los copos de nieve caen uno a la vez, por lo que son fáciles de ver.

En caso de heladas suaves, los copos de nieve parecen bolas de nieve, "pellets de nieve". Y cuando hay viento fuerte se produce “polvo de nieve”, ya que el viento rompe los rayos y bordes de los copos de nieve.

Cuando no hay heladas, los copos de nieve que caen al suelo se pegan entre sí y forman “copos de nieve”. Son grandes y parecen trozos de algodón”.

Cada copo de nieve es único, como una huella digital o el ADN humano. No hay copos de nieve idénticos, como tampoco hay hojas idénticas en los árboles, gotas de lluvia idénticas ni personas idénticas.

Pero si un copo de nieve es un cristal, ¿por qué es blanco, debería ser transparente? ¡Esto es gracias al aire (95%) que contiene! La luz se refleja en las superficies entre los cristales y en el aire y se dispersa. Gracias al aire, los copos de nieve son muy ligeros. Incluso en caso de nevadas muy intensas, las personas o los animales pueden respirar bajo la nieve durante mucho tiempo.

1.2. ¿Hay copos de nieve idénticos?

¿Hay dos copos de nieve idénticos? ¡No! El granjero Wilson Bentley lo demostró en su trabajo de 1885: fue él quien logró tomar la primera fotografía de un copo de nieve bajo un microscopio. ¡Y le tomó 46 años hacer esto!
Desde pequeño estudió la forma de los cristales que caían del cielo, por lo que recibió el sobrenombre de “Copo de nieve”. Wilson dedicó toda su vida al estudio de los copos de nieve, en total tomó 5.000 fotografías y en ninguna de ellas se mostraban copos de nieve repetidos.

Uno de los primeros científicos en pensar en la estructura de la nieve fue el matemático y astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630). En 1611 publicó un breve tratado, Un regalo de año nuevo o sobre los copos de nieve hexagonales, que puede considerarse el primer trabajo científico dedicado a los copos de nieve.

Capítulo 2. Investigación.

Siempre pensé que si se forma agua después de que la nieve se derrita, después de congelarse las gotas de agua se convertirán en copos de nieve.

Experimento 1.

Congelé las gotas de agua, pero los copos de nieve no salieron.Y eso significa , la nieve no aparece de las gotas de agua. Las gotas de agua pueden convertirse en granizo, trozos de hielo, pero no en copos de nieve..

Experimento 2.

En la nieve, salí y puse mi manopla debajo de la nieve. Varios copos de nieve cayeron sobre ella. Comencé a examinarlos con lupa.

CON Nezhinki se puede ver claramente solo cuando caen sobre la palma. Incluso bajo la influencia de una fuerza pequeña, se rompen, lo que significa que los copos de nieve son muy frágiles.

Entrevisté a 40 estudiantes de escuela primaria.

Basado en los resultados de la entrevista.

35 de cada 40 chicos dicen que un copo de nieve está hecho de agua;

30 de cada 40 chicos afirman que hay copos de nieve idénticos;

Como me gustan mucho los copos de nieve, aprendí a recortarlos en papel, colorearlos y dibujarlos.

Para Año Nuevo tuve un disfraz de copo de nieve:

Además, mis padres y yo recordamos cómo construimos una casa con piezas de un kit de construcción. Tomé piezas pequeñas, pero el edificio resultó ser grande. La naturaleza también sabe construir. Pero ella no construye casas, sino copos de nieve con un inusual constructor de hielo: ¡con pequeños trozos de hielo!

Capítulo 3. Cosas interesantes sobre los copos de nieve.

Durante una nevada de 1987, se encontró en Fort Coy (Montana, EE. UU.) un copo de nieve con un diámetro de 38 cm, récord mundial.

Más de la mitad de la población mundial nunca ha visto nieve, excepto en fotografías.

En el extremo norte, la nieve puede ser tan dura que, cuando la golpea un hacha, suena como si la golpearan con hierro.

En Japón, los científicos llaman a los copos de nieve letras del cielo, que están escritas en jeroglíficos secretos.

Conclusión.

Mientras trabajaba en el tema, logré mi objetivo y aprendí mucho sobre los copos de nieve. En el proceso de estudio e investigación, resolví los problemas que me planteé. Lamentablemente mis hipótesis no fueron confirmadas. Mientras trabajaba en el proyecto, aprendí que no hay dos copos de nieve iguales. También aprendí que surgen del polvo de diamante, siempre tienen un centro, son simétricos y hexagonales.

Fuentes utilizadas:

¿Son iguales los copos de nieve o lo que se esconde en el agua helada? - Modo de acceso:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

Poemas sobre la nieve y los copos de nieve. - Modo de acceso:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html