Pētījuma projekts par tēmu "vai ir identiskas sniegpārslas". Vai divas sniegpārslas var būt pilnīgi vienādas?

“Sniega teorijas” izpētes pionieris bija jaunais zemnieks Vilsons Elisons Bentlijs ar iesauku “Sniegpārsla”. Kopš bērnības viņu piesaistīja neparasta forma kristāli, kas krīt no debesīm. Savā dzimtajā pilsētā Jēriko ASV ziemeļos sniegputenis bija regulārs notikums, un jaunais Vilsons daudz laika pavadīja ārā, pētot sniegpārslas.

Vislona "Snowflakes" Bentley

Bentlijs pielāgoja kameru mikroskopam, ko māte viņam uzdāvināja 15. dzimšanas dienā, un mēģināja iemūžināt sniegpārslas. Taču tehnoloģiju uzlabošana prasīja gandrīz piecus gadus – tikai 1885. gada 15. janvārī tika iegūts pirmais skaidrais attēls.

Savas dzīves laikā Vilsons nofotografēja 5000 dažādu sniegpārslu. Viņš nebeidza apbrīnot šo miniatūro dabas darbu skaistumu. Lai iegūtu savus šedevrus, Bentlijs strādāja mīnusā temperatūrā, novietojot katru pilno sniegpārsliņu uz melna fona.

Vilsona darbu augstu novērtējuši gan zinātnieki, gan mākslinieki. Viņu bieži aicināja runāt plkst zinātniskās konferences vai izstādīt fotogrāfijas mākslas galerijās. Diemžēl Bentlijs nomira 65 gadu vecumā no pneimonijas, nekad to nepierādot identiskas sniegpārslas nevar būt.

“Sniega teorijas” stafeti simts gadus vēlāk paņēma Nacionālā centra pētnieks Atmosfēras pētījumi Nensija Naita. 1988. gadā publicētajā rakstā viņa pierādīja pretējo apgalvojumu – identiskām sniegpārslām var un tām arī vajadzētu pastāvēt!

Doktors Naits laboratorijā mēģināja reproducēt sniegpārslu veidošanas procesu. Lai to izdarītu, viņa izaudzēja vairākus ūdens kristālus, pakļaujot tiem tiem pašiem pārdzesēšanas un pārsātinājuma procesiem. Eksperimentu rezultātā viņai izdevās iegūt sniegpārslas, kas bija absolūti identiskas viena otrai.

Turpmākie lauka novērojumi un eksperimentālo kļūdu apstrāde ļāva Nensijai Naitai apgalvot, ka identisku sniegpārslu rašanās ir iespējama un to nosaka tikai varbūtības teorija. Sastādot salīdzinošu debesu kristālu katalogu, Naits secināja, ka sniegpārslām ir 100 atšķirības pazīmes. Tātad, Kopā iespējas izskats ir 100! tie. gandrīz 10 līdz 158. jaudai.

Iegūtais skaitlis ir divreiz lielāks par atomu skaitu Visumā! Bet tas nenozīmē, ka nejaušības ir pilnīgi neiespējamas, savā darbā secina doktors Naits.

Un tagad - jauns pētījums par "sniega teoriju". Nesen Kalifornijas Universitātes fizikas profesors Kenets Librehts paziņoja par daudzu gadu pētījumu rezultātiem par savu. zinātniskā grupa. "Ja redzat divas identiskas sniegpārslas, tās joprojām ir atšķirīgas!" - saka profesors.

Librehts pierādīja, ka sniega molekulu sastāvā uz aptuveni katriem piecsimt skābekļa atomiem ar masu 16 g/mol ir viens atoms ar masu 18 g/mol. Molekulas saišu struktūra ar šādu atomu ir tāda, ka tā liecina par neskaitāmu skaitu savienojumu variantu iekšpusē kristāla režģis. Citiem vārdiem sakot, ja divas sniegpārslas patiešām izskatās vienādi, tad to identitāte joprojām ir jāpārbauda mikroskopiskā līmenī.

Sniega (un jo īpaši sniegpārslu) īpašību izpēte nav bērnu spēle. Pētot klimata pārmaiņas, ļoti svarīgas ir zināšanas par sniega un sniega mākoņu būtību. Un dažas no neparastajām un neizpētītajām ledus īpašībām var atrast praktisku pielietojumu.

Apskatīsim, kā to var noorganizēt.

Viena ūdens molekula ir viens skābekļa atoms un divi ūdeņraža atomi, kas savienoti viens ar otru. Kad sasalušas ūdens molekulas saistās kopā, katrai molekulai blakus ir četras citas piesietas molekulas: viena katrā no tetraedriskajām virsotnēm virs katras atsevišķās molekulas. Tas liek ūdens molekulām salocīties režģa formā: sešstūra (vai sešstūra) kristāla režģī. Bet lieli ledus "kubi", piemēram, tie, kas atrodami kvarca atradnēs, ir ārkārtīgi reti. Aplūkojot mazākos mērogus un konfigurācijas, jūs atklājat, ka šī režģa augšējā un apakšējā plakne ir iepakotas un savienotas ļoti cieši: jums ir "plakanas malas" no divām pusēm. Atlikušajās pusēs esošās molekulas ir atvērtākas, un papildu ūdens molekulas ar tām saistās daudz nejaušāk. Jo īpaši sešstūra stūriem ir vājākās saites, tāpēc kristālu augšanā mēs novērojam seškārtīgu simetriju.



un sniegpārslas augšana, īpaša ledus kristāla konfigurācija

Pēc tam jaunas struktūras aug vienādos simetriskos modeļos, palielinoties sešstūra asimetrijai, kad tās sasniedz noteiktu izmēru. Lieliem, sarežģītiem sniega kristāliem ir simtiem viegli atšķiramu pazīmju, ja tos aplūko mikroskopā. Simtiem elementu ir starp aptuveni 10 19 ūdens molekulām, kas veido tipisku sniegpārsliņu, norāda Čārlzs Naits no Nacionālā atmosfēras pētījumu centra. Katrai no šīm funkcijām ir miljoniem iespējamo vietu, kur var veidoties jaunas filiāles. Cik daudz šādu jaunu funkciju var izveidoties sniegpārsla, nekļūstot par vēl vienu no daudzajām?

Katru gadu pasaulē uz zemes nokrīt aptuveni 10 15 (kvadriljoni) kubikmetru sniega, un katrā kubikmetrā ir aptuveni vairāki miljardi (10 9) atsevišķu sniegpārslu. Kopš Zeme pastāv aptuveni 4,5 miljardus gadu, visā vēsturē uz planētas ir nokritušas 10 34 sniegpārslas. Un vai jūs zināt, no statistikas viedokļa, cik daudz atsevišķu, unikālu, simetrisku zarojošu pazīmju varētu būt sniegpārsliņai un var sagaidīt, ka noteiktā Zemes vēstures punktā būs dvīnis? Tikai pieci. Tā kā īstām, lielām, dabīgām sniegpārslām to parasti ir simtiem.



Pat viena milimetra līmenī sniegpārslā var redzēt nepilnības, kuras ir grūti dublēt

Un tikai ikdienišķākajā līmenī jūs varat kļūdaini redzēt divas identiskas sniegpārslas. Un, ja jūs esat gatavs nolaisties līdz molekulārajam līmenim, situācija kļūst daudz sliktāka. Parasti skābeklim ir 8 protoni un 8 neitroni, savukārt ūdeņraža atomam ir 1 protons un 0 neitroni. Bet 1 no 500 skābekļa atomiem ir 10 neitroni, 1 no 5000 ūdeņraža atomiem ir 1 neitrons, nevis 0. Pat ja jūs veidojat perfektus sešstūra formas sniega kristālus, un visā planētas Zeme vēsturē ir saskaitīti 10 34 sniega kristāli, tas pietiks, lai samazinātos līdz vairākiem tūkstošiem molekulu (mazāk par garumu redzamā gaisma), lai atrastu unikālu struktūru, kādu planēta vēl nekad nav redzējusi.



Bet, ja jūs ignorējat atomu un molekulārās atšķirības un atsakāties no "dabiskā", jums ir iespēja. Sniegpārslu pētnieks Kenets Librehts no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta ir izstrādājis paņēmienu mākslīgo sniegpārslu "identisko dvīņu" radīšanai un fotografē tos, izmantojot īpašu mikroskopu, ko sauc par SnowMaster 9000.

Audzējot tās laboratorijā blakus, viņš parādīja, ka ir iespējams izveidot divas sniegpārslas, kuras nav atšķiramas.



Divas gandrīz identiskas sniegpārslas, kas audzētas Caltech laboratorijā

Gandrīz. Cilvēkam, kas skatās ar savām acīm caur mikroskopu, tie nebūs atšķirami, taču patiesībā tie nebūs identiski. Tāpat kā identiskiem dvīņiem, viņiem būs daudz atšķirību: viņiem būs dažādas vietas molekulu kūlīši, dažādas atzarošanas īpašības, un jo lielāki tie ir, jo spēcīgākas šīs atšķirības. Tāpēc šīs sniegpārslas ir ļoti mazas, bet mikroskops ir spēcīgs: tās ir līdzīgākas, ja tās ir mazāk sarežģītas.



Divas gandrīz identiskas sniegpārslas, kas audzētas Caltech laboratorijā

Tomēr daudzas sniegpārslas ir līdzīgas viena otrai. Bet, ja jūs meklējat patiesi identiskas sniegpārslas strukturālā, molekulārā vai atomu līmenī, daba jums to nekad nedos. Šis iespēju skaits ir liels ne tikai Zemes, bet arī Visuma vēsturei. Ja vēlaties uzzināt, cik planētu jums ir nepieciešams, lai Visuma 13,8 miljardu gadu vēsturē iegūtu divas identiskas sniegpārslas, atbilde ir aptuveni 10 1000000000000000000000000. Ņemot vērā, ka novērojamajā Visumā ir tikai 10 80 atomi, tas ir ārkārtīgi maz ticams. Tātad, jā, sniegpārslas ir patiesi unikālas. Un tas maigi izsakoties.

“Sniega teorijas” izpētes pionieris bija jaunais zemnieks Vilsons Elisons Bentlijs ar iesauku “Sniegpārsla”. Kopš bērnības viņu piesaistīja neparastā kristālu forma, kas krīt no debesīm. Savā dzimtajā pilsētā Jēriko ASV ziemeļos sniegputenis bija regulārs notikums, un jaunais Vilsons daudz laika pavadīja ārā, pētot sniegpārslas.

Vislona "Snowflakes" Bentley

Bentlijs pielāgoja kameru mikroskopam, ko māte viņam uzdāvināja 15. dzimšanas dienā, un mēģināja iemūžināt sniegpārslas. Taču tehnoloģiju uzlabošana prasīja gandrīz piecus gadus – tikai 1885. gada 15. janvārī tika iegūts pirmais skaidrais attēls.

Savas dzīves laikā Vilsons nofotografēja 5000 dažādu sniegpārslu. Viņš nebeidza apbrīnot šo miniatūro dabas darbu skaistumu. Lai iegūtu savus šedevrus, Bentlijs strādāja mīnusā temperatūrā, novietojot katru pilno sniegpārsliņu uz melna fona.

Vilsona darbu augstu novērtējuši gan zinātnieki, gan mākslinieki. Viņš bieži tika aicināts uzstāties zinātniskās konferencēs vai izstādīt fotogrāfijas mākslas galerijās. Diemžēl Bentlijs nomira 65 gadu vecumā no pneimonijas, nekad nepierādot, ka nav divu vienādu sniegpārslu.

“Sniega teorijas” kociņu simts gadus vēlāk paņēma Nacionālā atmosfēras pētījumu centra pētniece Nensija Naita. 1988. gadā publicētajā rakstā viņa pierādīja pretējo apgalvojumu – identiskām sniegpārslām var un tām arī vajadzētu pastāvēt!

Doktors Naits laboratorijā mēģināja reproducēt sniegpārslu veidošanas procesu. Lai to izdarītu, viņa izaudzēja vairākus ūdens kristālus, pakļaujot tiem tiem pašiem pārdzesēšanas un pārsātinājuma procesiem. Eksperimentu rezultātā viņai izdevās iegūt sniegpārslas, kas bija absolūti identiskas viena otrai.

Turpmākie lauka novērojumi un eksperimentālo kļūdu apstrāde ļāva Nensijai Naitai apgalvot, ka identisku sniegpārslu rašanās ir iespējama un to nosaka tikai varbūtības teorija. Sastādot salīdzinošu debesu kristālu katalogu, Naits secināja, ka sniegpārslām ir 100 atšķirības pazīmes. Tādējādi kopējais izskata variantu skaits ir 100! tie. gandrīz 10 līdz 158. jaudai.

Iegūtais skaitlis ir divreiz lielāks par atomu skaitu Visumā! Bet tas nenozīmē, ka nejaušības ir pilnīgi neiespējamas, savā darbā secina doktors Naits.

Un tagad - jauns pētījums par "sniega teoriju". Nesen Kalifornijas Universitātes fizikas profesors Kenets Librehts paziņoja par savas zinātniskās grupas daudzu gadu pētījumu rezultātiem. "Ja redzat divas identiskas sniegpārslas, tās joprojām ir atšķirīgas!" - saka profesors.

Librehts pierādīja, ka sniega molekulu sastāvā uz aptuveni katriem piecsimt skābekļa atomiem ar masu 16 g/mol ir viens atoms ar masu 18 g/mol. Molekulas saišu struktūra ar šādu atomu ir tāda, ka tas liecina par neskaitāmu skaitu savienojumu iespēju kristāla režģī. Citiem vārdiem sakot, ja divas sniegpārslas patiešām izskatās vienādi, tad to identitāte joprojām ir jāpārbauda mikroskopiskā līmenī.

Sniega (un jo īpaši sniegpārslu) īpašību izpēte nav bērnu spēle. Pētot klimata pārmaiņas, ļoti svarīgas ir zināšanas par sniega un sniega mākoņu būtību. Un dažas no neparastajām un neizpētītajām ledus īpašībām var atrast praktisku pielietojumu.

MOBU "Ruma vidusskola"

"Vai sniegpārslas var būt vienādas"

(projekts)

Pabeidza: Alīna Pugačova,

2. klases skolnieks

Vadītājs: Zakharova A.M.,

sākumskolas skolotāja

Ruem ciems, 2013

Man patīk skatīties, kā krīt sniegpārslas. Es domāju, vai visas sniegpārslas ir vienādas? Es nolēmu pajautāt klases puišiem, ko viņi domā par šo.

Lai atbildētu uz šo jautājumu, man būs jāpārskata papildu zinātniskā literatūra, jāmeklē papildu materiāls internetā.

Daudzi droši vien zina, ka dabā nav iespējams atrast identisku sniegpārslu pāri, taču tās var būt ļoti līdzīgas viena otrai. Šī parādība ir gadsimtiem sens noslēpums, ko mūsdienās ir palīdzējis atklāt datormodelēšanas process.

Pirmo reizi atbildei centās pietuvoties vācu astronoms un matemātiķis Johanness Keplers, vienā no saviem traktātiem ierakstot, ka visām sniegpārslām ir sešas sejas un viena simetrijas ass. Lielais zinātnieks saistīja šo struktūru ar daļiņu izvietojuma raksturu. viņa pieņēmumi veidoja kristalogrāfijas zinātnes pamatu.

Cits filozofs un matemātiķis francūzis Renē Dekarts sāka pētīt un aprakstīt sniegpārslas 1635. gadā, novērojot tās ar neapbruņotu aci. Zinātnieks to uzbūvi raksturoja kā līdzīgu rozēm, lilijām un mehāniskajiem zobratiem ar sešiem zobiem. Dekarts arī bija pirmais, kurš ieraudzīja un aprakstīja sniegpārsliņu ar 12 stariem. Joprojām tiek uzskatīts, ka divpadsmitsmailu sniegpārsla ir ļoti reta, nav precīzi zināms, kādos apstākļos tā veidojas.

1665. gadā angļu dabaszinātnieks Roberts Huks pētīja sniegpārslas zem mikroskopa. viņš to atstāja zinātnes ziņā liels skaits skices. Un pirmās fotogrāfijas uzņēma amerikāņu lauksaimnieks Wheels Bentley. Šis vīrietis jau kopš bērnības bija aizrāvies ar sniegpārslu uzbūvi, un, kad bija iespēja, viņš nodevās to fotografēšanai. Viņam bija vajadzīgi divi gadi, lai iegūtu pirmās bildes. Bentley izstrādātā kamera ir kameras un mikroskopa hibrīds. Interesanti, ka sākumā šīs fotogrāfijas netika uzskatītas par autentiskām, bet pēc dažiem gadiem tās tika atzītas un veiksmīgi tiek izmantotas kā ilustrācijas dažādām zinātniskie raksti. 1931. gadā Bentlijs izdeva grāmatu Snow Crystals, kurā bija vairāk nekā 2500 fotogrāfiju.

Bet japāņi pievērsās jautājuma izpētei vispamatīgāk. Hokaido universitātes profesors Ukihiro Nakaya sāka audzēt mākslīgās sniegpārslas 1932. gadā, kas ļāva viņam izveidot pirmo sniega kristālu klasifikāciju. kā arī nosaka šo veidojumu formas un lieluma atkarību no apkārtējā gaisa temperatūras un mitruma. Viņš izveidoja klasifikāciju, kas satur 41 atsevišķu tipu. Kagas pilsētā, kas atrodas Honsju salas rietumos, atrodas “Sniega un ledus muzejs”, kas nosaukts zinātnieka vārdā. tur tiek glabāta mākslīgo sniegpārslu izgatavošanas mašīna. Daudzus gadus vēlāk, 1996. gadā, meteorologi Magano un Xiu Li aprakstīja 80 veidus.

Tādējādi, izpētījis zinātnisko un izglītojošo literatūru par šo jautājumu, meklējot internetā, vērojot krītošās sniegpārslas, nonācu pie secinājums, ka Nav identisku sniegpārslu, katra sniegpārsla ir skaista savā veidā.

Sniegpārslas

Ziema ir pilna ar sniegu

No rīta līdz tumsai.

Sniegpārslas lokās un griežas

Pie mūsu loga.

It kā zvaigznes mirdz

izkaisīti apkārt.

Sudrabatie steidzas,

Viņi ieskatās mājā.

Tad viņi lūgs tevi ienākt istabā,

Viņi atkal aizbēgs

Viņi steidzas aiz stikla,

Viņi man aicina iet ārā.

S.Baruzdin

Izmantotie avoti:

1. Vai sniegpārslas ir vienas un tās pašas, vai kas slēpjas sasalušā ūdenī? - Piekļuves režīms:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
2. Dzejoļi par sniegu un sniegpārslām. - Piekļuves režīms:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

Ikvienam skolēnam pazīstamais apgalvojums, ka nav divu vienādu sniegpārslu, ir vairākkārt apšaubīts. Bet Kalifornijas unikālais pētījums Tehnoloģiju universitāte Mēs varējām pielikt pēdējo pieskārienu šim patiesi Jaungada jautājumam.

Sniegs veidojas, kad mikroskopiski ūdens pilieni mākoņos pievelk putekļu daļiņas un sasalst.

Parādītie ledus kristāli, kuru diametrs sākotnēji nepārsniedz 0,1 mm, nokrīt un aug, uz tiem kondensējoties no gaisa. Tas rada sešstaru kristāliskas formas.

Pateicoties ūdens molekulu struktūrai, starp kristāla stariem ir iespējami tikai 60° un 120° leņķi. Galvenajam ūdens kristālam ir plakana forma regulārs sešstūris. Pēc tam uz šāda sešstūra virsotnēm tiek nogulsnēti jauni kristāli, uz tiem tiek nogulsnēti jauni kristāli, un tā tiek iegūtas dažādas sniegpārslu zvaigžņu formas.

Kalifornijas Universitātes fizikas profesors Kenets Librehts paziņoja par savas pētniecības grupas daudzu gadu pētījumu rezultātiem. "Ja redzat divas identiskas sniegpārslas, tās joprojām ir atšķirīgas!" - saka profesors.

Librehts pierādīja, ka sniega molekulu sastāvā uz aptuveni katriem piecsimt skābekļa atomiem ar masu 16 g/mol ir viens atoms ar masu 18 g/mol.

Molekulas saišu struktūra ar šādu atomu ir tāda, ka tas liecina par neskaitāmu skaitu savienojumu iespēju kristāla režģī.

Citiem vārdiem sakot, ja divas sniegpārslas patiešām izskatās vienādi, tad to identitāte joprojām ir jāpārbauda mikroskopiskā līmenī.

Sniega (un jo īpaši sniegpārslu) īpašību izpēte nav bērnu spēle. Pētot klimata pārmaiņas, ļoti svarīgas ir zināšanas par sniega un sniega mākoņu būtību.