Kar taneleri hakkındaki tüm gerçek İlginç!? BasınBasın. Neden tüm kar tanelerinin çok tuhaf bir özelliği var: hepsi altıgen şeklinde. Ünlü Johannes Kepler, - sunum. Kar taneleri neden bu şekle sahiptir?

Neden tüm kar tanelerinin çok tuhaf bir özelliği var: hepsi altıgen şeklinde. Yasaları keşfeden gökbilimci ünlü Johannes Kepler." gezegen hareketleri. Ve basit bir “kar” sorusuna gerçek bir bilim adamı gibi yaklaşıyor ve onu inceleme"Altıgen kar taneleri hakkında." Kepler, "aktif prensibi" bulmak için peteklerin ve nar tanelerinin şekillerini, bitki sapı kesitlerini ve çiçek şekillerini inceliyor ve karşılaştırıyor. Görünüşe göre bu araştırma nesneleri birbiriyle ilişkili değil kış karı ancak bilim adamı, kendisini çevreleyen dünyanın uyumunu, tüm unsurlarının birbirine bağlanmasında görür. Üstelik bu formların “ilahi oran” (“Altın Oran” oranı) ve Fibonacci sayıları ile bağlantısını keşfeder. Devam edelim Devam edelim!?

Kar Tanesi Bentley Wilson A. Bentley, Vermont'tan (ABD) kendi kendini yetiştirmiş inanılmaz bir çiftçi, "Kar Tanesi Adam" lakaplı. Wilson, 1885 yılında, 20 yaşındayken, birçok başarısız denemeden sonra, kendisini çok şaşırtan kar tanesinin ilk fotoğrafını, büyük bir katlanır kamerayı mikroskoba bağlayarak nihayet çekti. O andan itibaren Wilson Bentley kamerayı elinden bırakmadı.Bentley 46 yıl boyunca benzersiz bir kar taneleri fotoğraf koleksiyonu topladı. Bentley'in ömrünün sonuna gelindiğinde koleksiyonun sayısı 5.000'den fazla parçaya ulaştı. Şaşırtıcı bir şekilde tek bir kar tanesi şekli tekrarlanmıyor. Benzer kar taneleri var ama hiçbiri tamamen aynı değil!

Eskimo dilinde kar için 20'den fazla kelime var. Yakut dilinde yaklaşık 70 tane var. Onlarda 50 tane var. farklı kelimeler kar renklerini temsil etmek için. Eskimoların kar için 28 kelimesi var. Eskimo dilinde ise karın 14 tanımı var. Eskimoların kar için 150 kelimesi var. O onların tüm hayatıdır. Bu nedenle bahar karlarına kış karlarından farklı adlar verilir.

Kar, atmosferdeki suyun buhar halinde donması sonucu oluşur. Buhar donarak temiz, şeffaf kristaller üretir. Havanın hareketi bu kristallerin yukarı ve aşağı uçmasına neden olur. Kar beyazdır çünkü kar taneleri gördüğümüz ışığın tüm spektrumunu yansıtan kristallerdir. Daha öte

Sibirya'da kar tanelerinin çapı 30 santimetreye ulaştı. Bu tür devler ancak tam bir sükunet sağlandığında düşebilir. Düşük sıcaklıklarda ve kuvvetli rüzgarlarda kar taneleri havada çarpışır, parçalanır ve enkaz halinde yere düşer. 40 derecelik donlarda, yeni oluşan buz kristalleri "elmas tozu" şeklinde dökülür. Yakutya'da açık ve soğuk havalarda ince buz iğneleri düşüyor.

Kar tanelerinin altıgen şekli suyun moleküler yapısıyla açıklanıyor ancak kar tanelerinin neden düz olduğu sorusu henüz cevaplanabilmiş değil. Bazı kar tanelerinin çapı üç santimetreye ulaşır. Kar tanelerinin boyutu sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık ne kadar düşük olursa kar taneleri de o kadar az olur. Gezegenin bazı bölgelerine renkli kar yağdı: mavi, yeşil, kırmızı ve hatta siyah? Bunun nedeni, kar tanelerinin oluştuğu havada belirli bir mantar veya tozun bulunmasıdır.

Kar taneleri neden böyle şekilleniyor? Basit! Burada:

H2O molekülü merkezinde oksijen bulunan bir tetrahedrondur ve iki köşede oksijenle bağ oluşumunda rol oynayan hidrojen protonları vardır. İki serbest köşe, molekül içi bağların oluşumuna katılmayan bir çift oksijen elektronu tarafından işgal edilir. Düğümlerde kristal kafes oksijen atomları sıralıdır ve düzenli altıgenler oluşturur, ancak hidrojen atomları bağlar boyunca keyfi konumlarda bulunur.

Kristalin anizotropisinden dolayı donma eşit olmayan bir şekilde gerçekleştiğinden, tüm kar taneleri farklı görünür. Ancak bir buz kristalinin ikinci dereceden üç ekseni olduğundan, bir kar tanesi yalnızca altıgen olabilir.

Bu açıklamadan hiçbir şey anlamadıysanız endişelenmeyin. Biz de anlamadık, sadece ders kitabından alıntı yaptık. Kar tanesinin neden bu şekle sahip olduğunu anlamak için su molekülüne dönelim. Bu bir üçgen:

Buz kristalleri yukarıda belirtilen üçgenlerden oluşan altıgen şeklindedir:

Bu ilk kristal gelecekteki kar tanesidir. Kristale yeni su buharı moleküllerinin eklenmesi nedeniyle daha da büyümesi meydana gelecektir.

Yeni moleküllerin eklenme sırası kaotik olsa da, sonunda ilk kristalimiz gibi altıgenler halinde sıralanırlar.

Daha sonra kar tanesi dalları büyütmeye başlayacak. Tam olarak nasıl görünecekleri sıcaklığa, neme, basınca ve diğer birçok faktöre bağlıdır. Kristaller birbirine her zaman bir kenarla bağlanır ve asla bir açıyla bağlı değildir, dolayısıyla bir kar tanesinin hüzmesi her zaman altıgen olacaktır.

Dallar kirişten uzayabilir ancak her zaman 60° veya 120° açıyla büyüyeceklerdir.

Mükemmel bir kar tanesiydi. Gerçekte, kaotik bir şekilde büyüyen “dalların” devasa birikimi, her kar tanesini eşsiz kılar. Bu nedenle kar taneleri şöyle görünebilir:

Veya bunun gibi:

Veya bunun gibi:

Ve bu şekilde bile (iki kar tanesi birbirine "bağlandığında" 12 ışınlı bir kar tanesi elde edersiniz):

Üçgen kar taneleri olduğuna dair söylentiler var:

Aslında bunlar aynı altıgen kar taneleridir, bazı kenarları diğerlerinden daha kısadır.

Kar taneleri şeklinin dış koşullara bağlılığı

Kar taneleri şeklinin sıcaklığa bağımlılığı konusunda basitleştirilmiş istatistikler vardır. Bilim adamlarının uzun yıllar süren gözlemlerine dayanmaktadır:

0..-3°С: düz altıgenler
-4..5°С: iğne kristalleri
-6..-8°С: prizma sütunları
-9..-12°С: yine düz altıgenler
-13..-16°С: yıldız kar taneleri
>16°C:çok karmaşık olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir şekildeki kar taneleri

Ancak yine de kar tanelerinin şeklini daha doğru bir şekilde tahmin etmek imkansızdır - bunu etkileyen çok fazla faktör vardır. Her bir durumun modellenmesi gerekeceğinden, kar taneleri oluşturma sürecini modellemek imkansızdır. Her yeni kar tanesinin daha önce yaratılmış olandan farklı olduğuna inanılıyor.

Kar taneleri ve renkli kar

Kar taneleri ayrıca (yukarıdaki resimde olduğu gibi) birbirine kenetlenerek karmaşık çokgen kar taneleri oluşturabilir. Bazen bu kar taneleri rekor boyutlarda olabiliyor; Sırbistan'da bir zamanlar çapı 30 cm'ye varan kar taneleriyle kar yağıyordu! 1971 yılının kışıydı. Ancak çoğu zaman boyutları 1-2 cm'yi geçmez.

Ayrıca renkli kar da var - küçük toz parçacıkları bulutlara düşerek kar tanelerini sarı, kırmızımsı veya kahverengiye dönüştürüyor. Bu, kum fırtınalarının şiddetlendiği çöllerin yakınında bulunan bölgelerde meydana gelir. Bu arada, bazen çöllere bile kar yağar ve bölge sakinlerini kar tanelerinin çeşitliliği ve güzelliğiyle memnun eder.

Kar tanesi en çok biridir Güzel yaratıklar doğa. Güzelliği bir kar tanesine benzeyen bir şekil yaratmak için çok çalışmamız gerekir. Kar yağdığında milyonlarca kar tanesi yere düşer ve hiçbiri birbirine benzemez.

Kar, bildiğiniz gibi donmuş sudan ibarettir. Donmuş suysa kar neden beyazdır? Renksiz olmalıdır. Kar beyazdır çünkü buz kristallerinden oluşan kar tanesinin düzlemleri ışığı yansıtır ve bu nedenle kar beyaz görünür.

Su donduğunda kristaller oluşur. Bu, moleküllerin özel bir düzende düzenlendiği anlamına gelir. geometrik şekil buna “kristal” diyoruz.

Bir su molekülü üç parçacıktan oluşur: iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu. Bu nedenle kristalleştiğinde üç veya altıgen bir şekil oluşturabilir. Suyun kara dönüşmesi atmosferdeki su buharının bir şeklidir. Donma sırasında su kristalleri o kadar küçüktür ki görülemezler. Kar oluştuğunda bu kristaller hareket eder hava akımı atmosferde yukarı ve aşağı.

Bu hareketler sırasında en küçük toz parçacıklarının veya su damlacıklarının etrafında toplanırlar. Böyle bir kristal grubu gittikçe büyür; böyle yüzlerce kristal böyle bir çekirdeğin etrafında toplanabilir.

Bu grup büyüyüp ağırlaşır ve yere düşer. Biz buna "kar tanesi" diyoruz. Bazı kar tanelerinin çapı üç santimetreye ulaşır. Kar tanelerinin boyutu sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık ne kadar düşük olursa kar taneleri de o kadar az olur.

Kar taneleri neden altıgendir?

Kar tanesi doğanın en güzel yaratıklarından biridir. Güzelliği bir kar tanesine benzeyen bir şekil yaratmak için çok çalışmamız gerekir. Kar yağdığında milyonlarca kar tanesi yere düşer ve hiçbiri birbirine benzemez.

Kar, bildiğiniz gibi donmuş sudan ibarettir. Donmuş suysa kar neden beyazdır? Renksiz olmalıdır. Kar beyazdır çünkü buz kristallerinden oluşan kar tanesinin düzlemleri ışığı yansıtır ve bu nedenle kar beyaz görünür.

Su donduğunda kristaller oluşur. Bu, moleküllerin özel bir düzende düzenlenerek "kristal" dediğimiz geometrik bir şekil oluşturduğu anlamına gelir.

Bir su molekülü üç parçacıktan oluşur: iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu. Bu nedenle kristalleştiğinde üç veya altıgen bir şekil oluşturabilir.

Suyun kara dönüşmesi atmosferdeki su buharının bir şeklidir. Donma sırasında su kristalleri o kadar küçüktür ki görülemezler. Kar oluştuğunda bu kristaller atmosferdeki hava akımlarıyla birlikte yukarı aşağı hareket eder.

Bu hareketler sırasında en küçük toz parçacıklarının veya su damlacıklarının etrafında toplanırlar. Böyle bir kristal grubu gittikçe büyür; böyle yüzlerce kristal böyle bir çekirdeğin etrafında toplanabilir.

Bu grup büyüyüp ağırlaşır ve yere düşer. Biz buna "kar tanesi" diyoruz. Bazı kar tanelerinin çapı üç santimetreye ulaşır. Kar tanelerinin boyutu sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık ne kadar düşük olursa kar taneleri de o kadar az olur.

Gezegenin bazı bölgelerine renkli kar yağdığını biliyor muydunuz: mavi, yeşil, kırmızı ve hatta siyah? Bunun nedeni, kar tanelerinin oluştuğu havada belirli bir mantar veya tozun bulunmasıdır.

Bir zamanlar kar taneleri vardı ve yapacak daha iyi bir şey bulamadıkları için yere uçtular. Birçoğu tarlaya gitti ve orada kaldı, birçoğu çatılara düştü ve orada kaldı ve bir kar tanesi açık pencereye düştü, ancak hikaye onun akıbeti hakkında sessiz; muhtemelen orada kaldı.
Robert Walser. Tanner ailesi

Ortaya çıktıkları hava yaratıcı dehayla doludur. Buna daha fazla hayran kalamazdım
ceketime gerçek yıldızlar düşse bile.
Henry David Thoreau

kar tanesi- donmuş suyun güzel ve zarif bir şekli - insanlar arasında her zaman son derece popüler olmuştur. Bilindiği gibi, kar tanesi genellikle altıgen plakalar ve altı ışınlı yıldızlar şeklinde bir kar veya buz kristalidir.

Çok sırasında Şiddetli donlar(-30 °C'nin altındaki sıcaklıklarda) buz kristalleri “ Elmas tozu“- bu durumda dünya yüzeyinde ince buz iğnelerinden oluşan çok kabarık bir kar tabakası oluşur.

Genellikle, bir buz bulutu içindeki hareketleri sırasında buz kristalleri, su buharının doğrudan katı faza geçişi nedeniyle büyür. Bu büyümenin tam olarak nasıl gerçekleştiği dış koşullara, özellikle sıcaklık ve neme bağlıdır. Bağımlılık bilim adamlarının doğası Genel taslak tespit edildi ancak henüz açıklanamadı.

Bazı koşullar altında, buz altıgenleri kendi eksenleri boyunca hızla büyür ve ardından uzun kar taneleri oluşur. sütunlu kar taneleri, iğne kar taneleri. Diğer koşullar altında altıgenler ağırlıklı olarak eksenlerine dik yönlerde büyür ve ardından kar taneleri şeklinde oluşur. altıgen plakalar veya altıgen yıldızlar. Bir damla su, düşen bir kar tanesine dönüşebilir - sonuç olarak, düzensiz şekilli kar taneleri.

İÇİNDE farklı zaman kar taneleri ilgimi çekti René Descartes- Fransız doğa bilimci; Baron Nikolai Vasilyeviç Kaulbars- kar tanelerini keşfeden Rus İmparatorluk Coğrafya Derneği üyesi genel ve askeri yazar sıradışı şekil; Amerikan Wilson Alvin Bentley- ilk kar tanesi fotoğrafçılarından biri; Japon nükleer fizikçi Ukihiro Nakaya 1954 yılında “ Kar Kristalleri: Doğal ve Yapay", kar tanelerinin doğasını detaylı olarak incelediği; Kenneth Librecht- kitabını yayınlayan Amerikalı fizik profesörü Kar taneleri. Kış doğasının gizemli güzelliği».

Kar tanelerini inceleyen ilk kişi bendim Johannes Kepler(1571-1630) - ünlü Alman gökbilimci ve matematikçi.

Ayrıca 1611 yıl yapılarının geometrik yönlerini incelediği bir inceleme yayınladı. Bu ünlü bilimsel ve sanatsal çalışma, küçük kırıntıların doğasını erişilebilir bir biçimde ortaya koyuyor. Yazarın sorulan soruya nihai bir cevap vermemesine rağmen bu çalışmanın bilimin gelişimi üzerinde önemli bir etkisi oldu ve kristalografinin gelişiminin başlangıç ​​​​noktası olarak kabul ediliyor.

Kepler'in tezinin yüksek bilimsel başarıları, zamanında V.I. Vernadsky tarafından "Kristalografinin Temelleri" adlı çalışmasında takdir edilmişti. Vernadsky şunları kaydetti:

"Çalışmanın önemi, kristallerin geometri yasalarına uyduğunu ilk kez kanıtlamış olmasıdır."

« Yeni yıl hediyesi veya Altıgen kar taneleri hakkında" - zarif bir minyatür şaka. İşin Johannes Kepler bir arkadaşa adanmış - Johann Matthias Wacker von Wackenfelsİmparator II. Rudolf'un danışmanı Kepler Yılbaşı hediyesi olarak “Hiçbir Şey” verme fikri aklıma geldi. Bu nedenle, Yeni Yıl hediyesi arayışında olan I. Kepler şöyle düşünüyor:

“Utançtan kıvranarak köprüyü geçiyorum - seni Yeni Yıl hediyesi olmadan bıraktım! Ve sonra önüme bir fırsat çıktı! Soğuktan yoğunlaşıp kara dönüşen su buharı kar taneleri gibi düşüyor kıyafetlerimin üzerine, hepsi bir, altıgen, kabarık ışınlarla. Herkül adına, işte herhangi bir damladan daha küçük, şekli olan, uzun zamandır beklenen bir şey olarak hizmet edebilecek bir şey. Yeni yıl hediyesi Hiçbir Şey'i seven, Hiç'e sahip olan ve Hiçbir Şey'i almayan, matematiğe layıktır, çünkü gökten düşer ve kendi içinde altıgen bir yıldızın benzerliğini gizler!

Johannes Kepler"Hiçbir şey" ile kar tanesini karşılaştırması boşuna değil. Sonuçta Latince Nix"kar" anlamına gelir ve Almanca'da Nihil- "Hiçbir şey." Bilim adamı, kar tanelerinin neden büyük pullar halinde toplanmadan önce altı ışınlı tüyler gibi altıgen ve kabarık olarak düştüğünü merak ediyor.

Ve ne zaman kar yağmaya başlasa ilk kar taneleri altıgen yıldız şeklini alır. Dolayısıyla bunun özel bir nedeninin olması gerekir. Geometriye dönen bilim adamı, peteklerin de altıgen düzende inşa edildiğini fark etti:

“Petekteki herhangi bir hücre, her birinin kendisiyle ortak bir duvarı olan altı hücreyle çevrilidir. Her hücrenin tabanında, kenarlarına bağlanan altı çokyüzlü açı oluşturan üç düzlem bulunur. Hücrenin üçgen tabanı, geometri uzmanlarının eşkenar dörtgen adını verdiği bir şekle sahiptir. Peki arılar neden altıgen şekilli petekler yapıyor da başka bir petek yapmıyor? Fakat normal bir altıgen boşluksuz olarak en geniş alanı kapladığı için. Arılar daha fazla bal depolamak için sezgisel olarak mümkün olduğu kadar büyük bir petek yapmaya çalışırlar.”

Soğuğun etkisiyle su buharının kalınlaştığını gözlemleyen bilim adamı şu soruyu soruyor: Karın altıgen olmasının nedeni soğuk olabilir mi? Peki neden kışın pencerelerde ayaz desenler oluşuyor? Cevap:

“Kış soğuğu pencerelerdeki çatlaklardan içeri giriyor. Bu dar çatlakların yakınında ısıyla bir çatışma var. Isı hızla yükselir ve soğuk aşağı doğru hareket eder. Sonuçta, madde sıcakta genişler ve soğukta daha yoğun ve ağır hale gelir ve bundan dolayı ısı yukarı doğru itilir. Bu nedenle içeride biriken buhar dışarı çıktığında, dışarıda biriken soğuk içeri doğru hücum ederek kenarların kırılmasına neden olur. açık pencere veya çatlaklar özellikle soğuk hale gelir. Onlara ulaşan buhar sürekli olarak donacak ve buharın ve havanın bir yönde veya diğer yönde hareketleri bu şeritleri ve keskin ışınları yaratacaktır. Buhar üzerlerine çöküyor.

Ancak kar tanelerinin altıgen şeklinin nedeni hala belli değil. Nihayet Kepler Kar tanelerinin düştüklerinde hemen düz durmadıklarını fark ettim. Birkaç dakika boyunca bazı parçaları dik durdu ve ancak bir süre sonra yere düştü. Neden?

“Altıgen yıldızlar, uçları çevre etrafında eşit olarak dağıtılacak şekilde bir noktaya bağlanan üç alçaltılmış çapın düşmesinden ortaya çıkar ve yalnızca üç alçaltılmış ışınla yere indirilirken, diğer üç ışın, yıldızın devamı olarak hizmet eder. İlk olarak, yıldızın üzerinde durduğu ışınlar bükülünceye ve diğer ışınlar ilk üç ışın arasındaki aralıklarda aynı düzleme ininceye kadar yüksekte kalın.

Bir matematikçiye, üç çapın dik olarak veya çift çarpı şeklinde bir noktada kesiştiği şekli sorarsanız, matematikçi cevap verecektir: zıt köşeleri birbirine bağlı olan bir oktahedronda. Ancak oktahedronun tam olarak altı köşesi vardır. Nasıl oluyor da yağan kar, düzleşmeden önce, üç çapı birbirine dik açıyla oktahedronun iskeletini oluşturuyor?

Yani karı oluşturan damlaların uzaydaki kübik düzeni buharın iç ısısından kaynaklanmaktadır. Üç çap boyunca hayali buhar damlalarını sabitler ve bunları oktahedral bir düzende düzenleyerek, maddenin kalınlaştıkça belirtilen çaplar boyunca birikmesini sağlar. Ayrıca merkezden gelen tüm tüylerin, iğneler gibi dışarıya doğru yönlendirildiğini de eklemek gerekir. ladin dalı. Bu, biçimlendirici gücün merkezde yoğunlaştığını ve oradan her yöne eşit şekilde etki ettiğini gösteriyor.”

Kepler seçilen üç çapın, canlıların bedenlerinde seçilmiş üç yönün bulunmasıyla aynı nedenden dolayı ortaya çıktığı hipotezini ileri sürdü: üst, alt, ön ve arka, ayrıca sağ ve sol taraflar.

Hayvanların vücutlarında seçilmiş altı yönün ortaya çıkması, hayvanların vücutlarının sadece arketiplere göre yaratılmadığını göstermektedir. geometrik şekiller yani küp ve aynı zamanda belirli bir hedefe ulaşma zorunluluğu nedeniyle. İnsanı çeşitli unsurlardan oluşan bir küpe benzetebiliriz.

Böylece mümkün olan her şeyi inceledikten sonra bilim adamı şu sonuca vardı: "Karın altıgen şekli sabit sayısal oranlardan kaynaklanmaktadır."

Kar oluşumunun amacı nedir? I. Kepler Yanıtlar:

“Biçimlendirici ilke yalnızca bir hedefe ulaşmaya çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda dekorasyona da katkıda bulunuyor, yalnızca doğal bedenlere yol açmakla kalmıyor, aynı zamanda çok sayıda fosil örneğinin de gösterdiği gibi geçici eğlencelere de yabancı değil. Ve eğer doğa eğleniyorsa ve mizah anlayışından yoksun değilse, o zaman felsefesiz hayat ölüdür!”

Ağırlıksız kar taneleri harika doğanın muhteşem güzelliğidir! Şu anda güzel resimler Makro lensle çekilen kar taneleri Kanadalı bir fotoğrafçı tarafından oluşturuldu Don Komarechka (Don Komarechka).

Oluşum sürecini anlamak, bilim adamlarının kendilerinin kar taneleri oluşturmasına, kristal büyümesinin fiziği ve oluşum modeli hakkında bilgi edinmesine olanak sağladı. Kar tanelerini incelemek aynı zamanda iklim değişikliğini ve genel olarak suyun özelliklerini incelemeye de yardımcı olabilir.

J. Kepler'in minyatürü " Altıgen kar taneleri hakkında"Sadece bilimin nadir bir örneği, teorik kristalografinin bir belgesi ve tarihinin gururu değil. Kristalografi tarihçisine göre I. I. Shafranovsky:

"Bu, en derin fikirlerin bolluğu, kar tanelerinin oluşumunun nedenlerini dikkate alırken yaklaşımın genişliği, dikkat çekici geometrik genellemeler, ifade edilen hipotezlerin cesareti ve zekasıdır."

Her ne kadar bu eser dört asırdan fazla bir süre önce yazılmış olsa da, bugün bile okuyucu bilimsel bilgilerin ne kadar doğru olduğu karşısında büyüleniyor. Johannes Kepler bir Yeni Yıl hikayesini mizahi bir biçimde öğretmeyi başardı.

İyi okumalar!

Reznik Marina Vasilievna,
Şehir Kütüphanesi Kütüphanecisi