A teljes igazság a hópelyhekről Érdekes!? Nyomja meg a gombot. Miért van minden hópehelynek egy nagyon furcsa tulajdonsága - mindegyik hatszögletű. A híres Johannes Kepler, - bemutató. Miért ilyen alakúak a hópelyhek?

Miért van minden hópehelynek egy nagyon furcsa tulajdonsága - mindegyik hatszögletű. A híres Johannes Kepler, a csillagász, aki felfedezte a törvényeket." bolygómozgások. És úgy közelít egy egyszerű „hó” kérdéshez, mint egy igazi tudós, és ennek szenteli értekezés– A hatszögletű hópelyhekről. A „hatóanyagot” keresve Kepler megvizsgálja és összehasonlítja a méhsejt és a gránátalma magvak alakját, a növényi szárrészeket és a virágok alakját. Úgy tűnik, hogy ezek a kutatási tárgyak nem kapcsolódnak egymáshoz téli hó, de a tudós a környező világ harmóniáját minden elemének összekapcsolódásában látja. Sőt, felfedezi e formák kapcsolatát az „isteni arány”-kal (az „Aranymetszet” arányával) és a Fibonacci-számokkal. Folytassuk Folytassuk!?

Hópehely Bentley Wilson A. Bentley, egy csodálatos autodidakta farmer Vermontból (USA), beceneve „Hópehely ember”. 1885-ben, amikor 20 éves volt, számos sikertelen próbálkozás után Wilson végre elkészítette az első fényképet a hópehelyről, amely annyira lenyűgözte őt, és egy nagy összecsukható kamerát csatlakoztatott a mikroszkóphoz. Ettől a pillanattól kezdve Wilson Bentley nem engedte el a fényképezőgépet. 46 éven keresztül a Bentley egyedülálló fotógyűjteményt gyűjtött hópelyhekről. A Bentley élete végére a gyűjtemény több mint 5000 darabot számlált. Meglepő módon egyetlen hópehely forma sem ismétlődik. Vannak hasonló hópelyhek, de egyik sem teljesen azonos!

Az eszkimó nyelvben több mint 20 szó van a hóra. A jakut nyelvben körülbelül 70. Nekik 50 különböző szavakat hogy képviselje a hó színeit. Az eszkimóknak 28 szavuk van a hóra. És az eszkimó nyelvben a hó 14 definíciója van. Az eszkimóknak 150 szavuk van a hóra. Ő az egész életük. Ezért a tavaszi havat másképp hívják, mint a téli havat.

Hó akkor keletkezik, amikor a légkörben lévő víz gőzként megfagy. A gőz megfagy, tiszta, átlátszó kristályokat hozva létre. A levegő mozgása miatt ezek a kristályok fel-le repülnek. A hó fehér, mert a hópelyhek kristályok, amelyek visszaverik az általunk látott fény teljes spektrumát. További

Szibériában a hópelyhek átmérője elérte a 30 centimétert. Az ilyen óriások csak akkor eshetnek ki, ha teljes nyugalom van. Alacsony hőmérsékleten és erős szélben a hópelyhek összeütköznek a levegőben, összeomlanak és törmelék formájában a földre esnek. 40 fokos fagynál a születő jégkristályok „gyémántpor” formájában hullanak ki. Jakutföldön tiszta fagyos időben vékony jégtűk hullanak ki.

A hópelyhek hatszögletű alakját a víz molekuláris szerkezete magyarázza, de arra a kérdésre, hogy miért laposak a hópelyhek, még nem kapott választ. Egyes hópelyhek átmérője eléri a három centimétert. A hópelyhek mérete a hőmérséklettől függ. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál kevesebb hópehely. A bolygó egyes részein színes hó esett: kék, zöld, piros és még fekete is? Ennek oka egy bizonyos gomba vagy por jelenléte a levegőben, ahol hópelyhek képződnek.

Miért ilyen alakúak a hópelyhek? Ez egyszerű! Itt:

H2O molekula egy tetraéder, amelynek középpontjában oxigén található, és két csúcsán hidrogén protonok találhatók, amelyek részt vesznek az oxigénnel való kötés kialakításában. Két szabad csúcsot egy olyan oxigén elektronpár foglal el, amelyek nem vesznek részt az intramolekuláris kötések kialakításában. Csomópontokban kristályrács Az oxigénatomok rendezettek és szabályos hatszögeket alkotnak, de a hidrogénatomok tetszőleges pozíciókat foglalnak el a kötések mentén.

Mivel a kristály anizotrópiája miatt a fagyás egyenetlenül történik, minden hópehely másképp néz ki. De mivel egy jégkristálynak három másodrendű tengelye van, a hópehely csak hatszögletű lehet.

Ha nem értett semmit ebből a magyarázatból, ne aggódjon. Mi sem értettük, csak idéztük a tankönyvet. Hogy megértsük, miért ilyen alakú a hópehely, térjünk vissza a vízmolekulához. Ez egy háromszög:

A jégkristályok hatszög alakúak, amely a fent említett háromszögekből áll:

Ez a legelső kristály a jövő hópehelye. További növekedése annak köszönhető, hogy új vízgőz-molekulákat adnak a kristályhoz.

Bár az új molekulák hozzáadásának sorrendje kaotikus, végül hatszögben sorakoznak fel, ugyanúgy, mint az első kristályunk.

Ezután a hópehely ágakat kezd növeszteni. Az, hogy pontosan hogyan fognak kinézni, a hőmérséklettől, a páratartalomtól, a nyomástól és egy csomó egyéb tényezőtől függ. A kristályokat mindig él és soha nem szög köti össze egymással, így a hópehely nyalábja mindig hatszögletű lesz.

Az ágak kinyúlhatnak a gerendából, de mindig 60°-os vagy 120°-os szögben nőnek.

Tökéletes hópehely volt. Valójában a kaotikusan növekvő „ágak” hatalmas felhalmozódása minden hópelyhet egyedivé tesz. Ezért a hópelyhek így nézhetnek ki:

Vagy így:

Vagy így:

És még így is (ha két hópehely „összekapcsol”, egy 12 sugárból álló hópehelyet kapunk):

Vannak olyan pletykák, hogy vannak háromszög alakú hópelyhek:

Valójában ezek ugyanazok a hatszögletű hópelyhek, néhány oldaluk rövidebb, mint mások.

A hópelyhek alakjának függősége a külső körülményektől

Vannak egyszerűsített statisztikák a hópelyhek alakjának hőmérséklettől való függésére. A tudósok sok éves megfigyelésein alapul:

0..-3°С: lapos hatszögek
-4...5°С: tűkristályok
-6...-8°С: prizma oszlopok
-9...-12°С: ismét lapos hatszögek
-13..-16°С: csillag hópelyhek
>16°C: bármilyen alakú hópelyhek, beleértve a nagyon összetetteket is

És mégis lehetetlen megjósolni a hópelyhek alakját pontosabban - túl sok tényező befolyásolja ezt. A hópelyhek keletkezési folyamatának modellezése lehetetlen, hiszen minden esetet egyedileg kell modellezni. Úgy gondolják, hogy minden új hópehely különbözik a már létrehozott hópehelytől.

Hópelyhek és színes hó

A hópelyhek egymásba is illeszkedhetnek (mint a fenti képen), összetett sokszögű hópelyheket képezve. Néha ezek a pelyhek rekordméretűek lehetnek – Szerbiában egykor akár 30 cm átmérőjű pelyhekkel is esett a hó! 1971 telén volt. De leggyakrabban méretük nem haladja meg az 1-2 cm-t.

Színes hó is van - apró porszemcsék esnek a felhőkbe, és a hópelyheket sárgára, vörösesre vagy barnára változtatják. Ez a sivatagok közelében található területeken történik, ahol homokviharok tombolnak. Mellesleg, a hó néha még a sivatagokban is esik, elragadtatva a helyi lakosokat a hópelyhek sokféleségével és szépségével.

A hópehely az egyik leginkább gyönyörű teremtmények természet. Keményen kell dolgoznunk, hogy egy hópehelyhez hasonló szépségű formát hozzunk létre. Ha havazik, hópelyhek milliói hullanak a földre, és nincs köztük két egyforma.

A hó, mint már tudod, csak fagyott víz. Miért hófehér akkor, ha fagyott víz? Színtelennek kell lennie. A hó fehér, mert a hópehely síkjai, amelyek jégkristályok, visszaverik a fényt, ezért a hó fehérnek tűnik.

Amikor a víz megfagy, kristályok képződnek. Ez azt jelenti, hogy a molekulák speciális sorrendbe rendeződnek, kialakulnak geometriai alakzat, amit mi „kristálynak” nevezünk.

Megtörténik, hogy egy vízmolekula három részecskéből áll - két hidrogénatomból és egy oxigénatomból. Ezért kristályosodva három- vagy hatszögletű alakot alkothat. A hóvá alakuló víz a légkörben lévő vízgőz egyik formája. Fagyáskor a vízkristályok olyan kicsik, hogy nem is látszanak. Amikor hó képződik, ezek a kristályok elmozdulnak légáramlatok fel és alá a légkörben.

Az ilyen mozgások során a legkisebb porszemcsék vagy vízcseppek köré csoportosulnak. A kristályok ilyen csoportja egyre nagyobb lesz, és több száz ilyen kristály összegyűlhet egy ilyen mag körül.

Ez a csoport nagy lesz, nehéz és a földre esik. Mi "hópehely"-nek hívjuk. Egyes hópelyhek átmérője eléri a három centimétert. A hópelyhek mérete a hőmérséklettől függ. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál kevesebb hópehely.

Miért hatszögletűek a hópelyhek?

A hópehely a természet egyik legszebb lénye. Keményen kell dolgoznunk, hogy egy hópehelyhez hasonló szépségű formát hozzunk létre. Ha havazik, hópelyhek milliói hullanak a földre, és nincs köztük két egyforma.

A hó, mint már tudod, csak fagyott víz. Miért hófehér akkor, ha fagyott víz? Színtelennek kell lennie. A hó fehér, mert a hópehely síkjai, amelyek jégkristályok, visszaverik a fényt, ezért a hó fehérnek tűnik.

Amikor a víz megfagy, kristályok képződnek. Ez azt jelenti, hogy a molekulák speciális sorrendben helyezkednek el, geometriai formát alkotva, amit mi „kristálynak” nevezünk.

Megtörténik, hogy egy vízmolekula három részecskéből áll - két hidrogénatomból és egy oxigénatomból. Ezért kristályosodáskor három- vagy hatszögletű alakot alkothat.

A hóvá alakuló víz a légkörben lévő vízgőz egyik formája. Fagyáskor a vízkristályok olyan kicsik, hogy nem láthatók. Amikor hó képződik, ezek a kristályok fel-le mozognak a légkörben lévő légáramlatokkal.

Az ilyen mozgások során a legkisebb porszemcsék vagy vízcseppek köré csoportosulnak. A kristályok ilyen csoportja egyre nagyobb lesz, és több száz ilyen kristály összegyűlhet egy ilyen mag körül.

Ez a csoport nagy lesz, nehéz és a földre esik. Mi "hópehely"-nek hívjuk. Egyes hópelyhek átmérője eléri a három centimétert. A hópelyhek mérete a hőmérséklettől függ. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál kevesebb hópehely.

Tudtad, hogy a bolygó egyes részein színes hó esett: kék, zöld, piros és még fekete is? Ennek oka egy bizonyos gomba vagy por jelenléte a levegőben, ahol hópelyhek képződnek.

Voltak egyszer hópelyhek, és mivel nem találtak jobbat, lerepültek a földre. Sokan a mezőn kötöttek ki és ott is maradtak, sokan a háztetőkre estek és ott is maradtak, és egy hópehely beesett egy nyitott ablakba, de a történet hallgat a sorsáról, valószínűleg ott maradt.
Robert Walser. Tanner család

A levegő, amelyben felbukkannak, tele van kreatív zsenialitással. Nem is csodálhattam volna jobban
még ha igazi csillagok is estek a kabátomra.
Henry David Thoreau

Hópehely- a fagyott víz gyönyörű és elegáns formája - mindig is rendkívül népszerű volt az emberek körében. Mint ismeretes, hópehely hó- vagy jégkristály, általában hatszögletű lemezek és hatsugaras csillagok formájában.

Egy nagyon súlyos fagyok(–30 °C alatti hőmérsékleten) a jégkristályok "" gyémántpor„- ebben az esetben a föld felszínén vékony jégtűkből álló, nagyon bolyhos hóréteg képződik.

Általában a jégfelhőn belüli mozgásuk során a jégkristályok a vízgőz szilárd fázisba való közvetlen átmenete miatt nőnek. Az, hogy ez a növekedés pontosan hogyan történik, a külső körülményektől, különösen a hőmérséklettől és a páratartalomtól függ. A függőségkutatók természete in általános vázlat azonosították, de még nem tudták megmagyarázni.

Bizonyos körülmények között a jéghatszögek gyorsan nőnek a tengelyük mentén, majd hosszúkás hópelyhek képződnek - oszlopos hópelyhek, tűhópelyhek. Más körülmények között a hatszögek túlnyomórészt a tengelyükre merőleges irányban nőnek, majd hópelyhek képződnek hatszögletű lemezek vagy hatszögletű csillagok. Egy csepp víz megfagyhat egy hulló hópehellyé – ennek eredményeként szabálytalan alakú hópelyhek.

BAN BEN más időérdeklődtek a hópelyhek iránt René Descartes- francia természettudós; Nyikolaj báró Vasziljevics Kaulbars- tábornok és katonai író, az Orosz Birodalmi Földrajzi Társaság tagja, aki felfedezte a hópelyheket szokatlan forma; Amerikai Wilson Alvin Bentley- az első hópehelyfotósok egyike; japán atomfizikus Ukihiro Nakaya 1954-ben kiadta a könyvet Hókristályok: természetes és mesterséges", ahol részletesen megvizsgálta a hópelyhek természetét; Kenneth Libbrecht- amerikai fizikaprofesszor, aki kiadta a könyvet Hópelyhek. A téli természet rejtélyes szépsége».

Én voltam az első, aki a hópelyheket tanulmányozta Johannes Kepler(1571-1630) - híres német csillagász és matematikus.

Benne is 1611 évben publikált egy értekezést „”, amelyben szerkezetük geometriai vonatkozásait vizsgálta. Ez a híres tudományos és művészi munka hozzáférhető formában tárja fel a kis morzsák természetét. Annak ellenére, hogy a szerző nem ad végleges választ a feltett kérdésre, ez a munka jelentős hatással volt a tudomány fejlődésére, és a krisztallográfia fejlődésének kiindulópontjának tekinthető.

Kepler értekezésének kiemelkedő tudományos eredményeit annak idején V. I. Vernadsky méltatta „A krisztallográfia alapjai” című munkájában. Vernadsky megjegyezte:

"A munka jelentősége abban rejlik, hogy először bizonyította be, hogy a kristályok engedelmeskednek a geometria törvényeinek."

« Újévi ajándék, vagy A hatszögletű hópelyhekről"- egy elegáns miniatűr vicc. A munkád Johannes Kepler egy barátnak ajánlott - Johann Matthias Wacker von Wackenfels, II. Rudolf császár tanácsadója, akinek Kepler Eszembe jutott az ötlet, hogy a „Semmit” ajándékot adok újévre. Tehát újévi ajándékot keresve I. Kepler így gondolkodik:

„Szégyen gyötörve kelek át a hídon – újévi ajándék nélkül hagytalak! És akkor jött egy lehetőség! A hidegtől hóvá sűrűsödött vízgőz hópelyhekként hull a ruhámra, mind egyként, hatszögletűen, pihe-puha sugarakkal. Hercules, itt van egy olyan dolog, amely kisebb minden cseppnél, van formája, és régóta várt Újévi ajándék A Semmit szerető ember méltó a matematikához, akinek nincs semmije és semmit sem kap, hiszen az égből hull alá, és egy hatszögletű csillag képét rejti magában!”

Johannes Kepler Nem hiába hasonlítja össze a „Semmit” és a hópehelyet. Hiszen latinul Semmi németül havat jelent Nihil- "semmi." A tudós azon töpreng, hogy a hópelyhek, mielőtt nagy pelyhekké csapódnának, miért esnek hatszögletűvé és bolyhossá, mint a hat sugarú tollak.

És miért, ha havazni kezd, az első hópelyhek hatszögletű csillag alakúak. Ezért ennek konkrét oka kell, hogy legyen. A geometriára térve a tudós észrevette, hogy a méhsejtek is hatszögletű sorrendben épülnek fel:

„A méhsejtben minden sejtet hat másik sejt vesz körül, amelyek mindegyikének van egy közös fala. Minden cella alapja három síkból áll, amelyek oldalaival összekapcsolódva hat poliéderes szöget alkotnak. A cella háromszög alakú aljának olyan alakja van, amelyet a geometria rombusznak nevez. De miért építenek a méhek hatszögletű méhsejtet, és nem másikat? Hanem azért, mert egy szabályos hatszög hézag nélkül fedi le a legnagyobb területet. A méhek intuitív módon arra törekednek, hogy minél nagyobb fésűt építsenek, hogy több mézet tárolhassanak.”

Megfigyelve, hogy a vízgőz besűrűsödik a hideg hatására, a tudós felteszi a kérdést: lehet-e a hideg az oka annak, hogy a hó hatszögletű? És miért képződnek fagyos minták télen az ablakokon? A válasz:

„A téli hideg behatol az ablakok résein. E keskeny repedések közelében szembeszáll a hővel. A meleg felszáll, a hideg pedig lefelé. Hiszen melegben egy anyag kitágul, hidegben pedig sűrűbbé és nehezebbé válik, és ettől a hő felfelé tolódik. Ezért amikor a bent felgyülemlett gőz kirohan, a kint felgyülemlett hideg befelé zúdul, ami a széleket okozza. nyitott ablak vagy a repedések különösen hidegek lesznek. Ha eléri őket, a gőz folyamatosan megfagy, és a gőz és a levegő egyik vagy másik irányú mozgása ezeket a csíkokat és éles sugarakat hozza létre. Rájuk telepszik a gőz.”

A hópelyhek hatszögletű alakjának oka azonban még mindig nem tisztázott. Végül KeplerÉszrevettem, hogy a hópelyhek nem fekszenek le azonnal, amikor leesnek. Néhány pillanatig egyes részeik egyenesen álltak, és csak egy kis idő múlva estek le a földre. Miért?

„A hatszögletű csillagok három süllyesztett átmérő leeséséből keletkeznek, amelyek egy ponton kapcsolódnak egymáshoz úgy, hogy végeik egyenletesen oszlanak el a kerület mentén, és csak három leeresztett sugár engedi le a földre, míg a másik három sugár a csillagjegy folytatásaként szolgál. először addig maradjon felemelve, amíg a sugarak, amelyeken a csillag nyugszik, el nem hajlanak, és a többi feltapadt sugár az első három sugár közötti intervallumokban ugyanarra a síkra ereszkedik.

Ha megkérdezünk egy matematikust, amelyben három átmérő metszi egymást egy pontban merőlegesen, vagy kettős kereszt formájában, akkor a matematikus azt válaszolja: egy oktaéderben, amelynek ellentétes csúcsai össze vannak kötve. De az oktaédernek pontosan hat csúcsa van. Hogyan fordulhat elő, hogy a hulló hó, mielőtt lapossá válik, három egymásra merőleges átmérőjével egy oktaéder vázát alkotja?

Tehát a havat alkotó cseppek térbeli köbös elrendezése a gőz belső hőjének köszönhető. Három átmérő mentén rögzíti a képzeletbeli gőzcseppeket, oktaéderes sorrendbe rendezve őket úgy, hogy az anyag sűrűsödése során a jelzett átmérők mentén felhalmozódik. Azt is hozzá kell tenni, hogy a középről érkező szöszök kifelé irányulnak, mint a tűk lucfenyő ág. Ez azt jelzi, hogy a formáló erő a központban összpontosul, és onnan minden irányban egyformán hat.”

Kepler tegyük fel azt a hipotézist, hogy a három választott átmérő ugyanabból az okból adódik, amiért az élőlények testében három választott irány van: felül, lent, elöl és hátul, valamint jobb és bal oldal.

Hat választott irány megjelenése az állatok testében azt sugallja, hogy az állatok teste nem csak az archetípus szerint jön létre. geometriai formák, nevezetesen a kocka, és egy bizonyos cél eléréséhez szükséges szükségesség miatt is. Az ember egy különféle elemekből összeállított kockához is hasonlítható.

Tehát, miután mindent megvizsgált, ami lehetséges, a tudós a következő következtetésre jutott: "A hó hatszögletű alakja az állandó számarányoknak köszönhető."

Mi a hóképződés célja? I. Kepler válaszok:

„A formáló elv nemcsak a cél elérésére törekszik, hanem a díszítéshez is hozzájárul, nemcsak természetes testeket hoz létre, de nem idegen a múló mulatságtól sem, amint azt számos kövületi példa bizonyítja. És ha a természet jól érzi magát, és nincs humorérzéke, akkor az élet filozófia nélkül halott!

A súlytalan hópelyhek a csodálatos természet mesés szépségei! Jelenleg szép képek A makró objektívvel készített hópelyheket egy kanadai fotós készítette Don Komarechka (Don Komarechka).

A képződési folyamat megértése lehetővé tette a tudósok számára, hogy maguk hozzanak létre hópelyheket, információkat szerezzenek a kristálynövekedés fizikájáról és képződésük modelljéről. A hópelyhek tanulmányozása az éghajlatváltozás és általában a víz tulajdonságainak tanulmányozásában is segíthet.

J. Kepler miniatűrje A hatszögletű hópelyhekről„nemcsak a tudomány ritkasága, az elméleti krisztallográfia dokumentuma és történelmének büszkesége. A krisztallográfia történész szerint I. I. Shafranovskij:

„Ez a legmélyebb gondolatok tömkelege, a hópelyhek kialakulásának okainak mérlegelésekor a megközelítés szélessége, a figyelemre méltó geometriai általánosítások, a megfogalmazott hipotézisek bátorsága és szellemessége.”

S bár a mű több mint négy évszázaddal ezelőtt íródott, az olvasót még ma is rabul ejti a tudományos információk pontossága Johannes Kepler sikerült humorosan megtanítania egy újévi történetet.

Jó olvasást!

Reznik Marina Vasziljevna,
Városi Könyvtári Könyvtáros