Снежинки, виды, строение, свойства и применение

Что такое снежинка?

"Снежинка - это ледяной кристалл, который образуется в атмосфере из водяных паров. Снежинки могут иметь различную форму и размер, но все они состоят из молекул воды, связанных в кристаллическую решетку..."

---

Полезные статьи:

Северное сияние, виды, цвета

Гало, виды, описание и строение

Все статьи

---

   Содержание:

---

1. История изучения

2. Виды снежинок

3. Как образуются?

4. Строение

5. Физические свойства

6. Методы исследования

7. Применение

8. Снежинки из бумаги своими руками

9. Интересные факты

История изучения

Исследование снежинок имеет долгую и увлекательную историю, которая началась в 1600-х годах. В тот период времени ученые начали изучать природу снежинок, пытаясь определить их структуру и форму.

Первым, кто сделал подробные зарисовки снежинок и попытался классифицировать их типы, был швейцарский ученый и инженер по имени Ханс Лоди. В 1665 году он опубликовал свою работу “Снег”, где описал более 50 различных форм и размеров снежинок.

Однако, настоящий прорыв в исследовании снежинок произошел в XIX веке. В 1885 году американский фермер по имени Уилсон Бентли начал собирать и фотографировать снежинки. Бентли был настолько увлечен этим занятием, что в течение 40 лет собрал более 5 000 фотографий снежинок. Он также создал первую классификацию снежинок, разделив их на 30 основных типов.

В начале XX века японский физик по имени Укитиро Накая приступил к изучению структуры снежинок с помощью электронного микроскопа. Он обнаружил, что снежинки состоят из миллиардов маленьких кристаллов льда, каждый из которых имеет уникальную форму и размер.

Позднее, в 1940-х и 1950-х годах, американские ученые продолжили исследование снежинок, используя более современные методы, такие как рентгеновская дифракция и инфракрасная спектроскопия. Они обнаружили, что каждая снежинка состоит из шестиугольных кристаллов льда и имеет уникальную структуру, которая зависит от температуры, влажности и других факторов.

Сегодня исследование снежинок продолжается, и ученые продолжают изучать их свойства, структуру и форму, а также их влияние на климат и окружающую среду. Снежинки остаются одним из самых загадочных и прекрасных явлений природы, которые продолжают удивлять и восхищать ученых и простых людей по всему миру.

Виды снежинок

Снежинки - это кристаллы льда, которые формируются в облаках при определенных погодных условиях. Они имеют разную форму и размер, и ученые обнаружили более 500 различных видов снежинок. Ниже представлены основные:

• Игольчатые снежинки: это самые маленькие и тонкие снежинки, которые имеют длину меньше 0,1 мм и толщину меньше 10 микрон. Они обычно образуются при температуре ниже -20 градусов Цельсия и имеют очень острые концы.
• Звездчатые снежинки: они образуются, когда несколько тонких иголочек льда соединяются в центре, образуя звезду. Эти снежинки имеют диаметр около 0,5 мм и могут быть очень красивыми.
• Дендритные снежинки: они имеют древовидную форму и образуются, когда ледяные кристаллы растут в разных направлениях. Дендриты могут иметь длину до нескольких миллиметров и обычно образуются при температурах около -10 градусов Цельсия.
• Плоские снежинки: имеют плоскую форму и часто встречаются на земле после снегопада. Они могут быть довольно большими и иметь диаметр до нескольких сантиметров.
• Пушистые снежинки: состоят из множества мелких иголочек и имеют пушистый вид. Эти пушистые снежинки могут быть довольно крупными и достигать размеров до 5 см.
• Кристаллические снежинки: формируются, когда вода замерзает в виде большого кристалла. Эти кристаллы могут иметь разные формы и размеры, но обычно они очень красивы и могут достигать нескольких сантиметров в диаметре.
• Плиссированные снежинки: имеют гофрированную поверхность, которая образуется из-за неравномерного роста кристаллов льда. Эти снежинки обычно имеют сложную форму и могут быть очень большими.
• Столбчатые снежинки: образуются, когда кристаллы льда растут в виде длинных столбов. Эти столбики могут иметь диаметр от нескольких микрон до нескольких миллиметров, и они могут быть очень крепкими и устойчивыми к ветру.
• Гранулированные снежинки: они образованы из большого количества маленьких шариков льда, которые соединяются вместе и образуют большие снежинки. Эти шарики могут иметь размер от нескольких микрон до нескольких миллиметров.
• Комбинированные снежинки: это снежинки, которые состоят из нескольких видов кристаллов льда, например, дендритных и игольчатых снежинок. Они могут иметь очень сложную и красивую форму.

Все эти виды снежинок могут образоваться в разных погодных условиях и на разной высоте.

Как образуются снежинки?

Начальная стадия 

Облака состоят из миллиардов водяных капель, которые замерзают при температуре ниже нуля. Когда эти капли становятся достаточно тяжелыми, они начинают падать вниз. Но по пути они сталкиваются с другими каплями и пылью, и их размер продолжает увеличиваться.

Переохлаждение 

При падении капли охлаждаются, и когда температура достигает около -38 градусов Цельсия, они становятся перенасыщенными водяными растворами. Это называется переохлаждением.

Кристаллизация 

В этот момент молекулы воды начинают образовывать кристаллы. Они прикрепляются к крошечным частицам пыли, которые плавают в облаке. Эти частицы служат основой для роста снежинки.

Формирование лучей 

Кристаллы воды образуют лучи от центра снежинки, которые продолжают расти. Обычно снежинка имеет шесть лучей, потому что молекулы воды имеют гексагональную структуру.

Сложный узор 

Снежинка продолжает расти, и лучи становятся все больше и сложнее. Они могут образовывать различные узоры и формы, такие как звезды, цветы или деревья.

Агломерация 

Снежинки продолжают расти, и иногда они могут объединяться с другими снежинками. Это происходит, когда они падают через облака или когда они попадают в зону, где воздух становится теплее.

Окончательная форма 

Когда снежинка достигает земли, она может иметь множество разных форм и размеров. Некоторые могут быть маленькими и изящными, а другие - большими и пушистыми.

Структура

Внутри снежинки вода находится в твердом состоянии, но она все еще сохраняет свою уникальную структуру. Каждая снежинка состоит из более чем 200 миллиардов молекул воды, которые образуют сложные и неповторимые узоры.

Уникальность

Каждая снежинка уникальна, так как она формируется под воздействием различных факторов, таких как температура, влажность и направление ветра. Не существует двух одинаковых снежинок, даже если они образовались в одном и том же месте.

Влияние погоды 

Температура и влажность воздуха могут влиять на форму и структуру снежинок. В холодную погоду снежинки могут быть более крупными и пушистыми, а в теплую погоду - более мелкими и тонкими.

Строение снежинки

Структура снежинки - это физическое расположение молекул воды в замерзшем состоянии, которое создает уникальную и сложную форму снежинки. Снежинки состоят из кристаллов льда, которые формируются из молекул воды (H2O). Каждая снежинка уникальна по своей форме и структуре, поскольку молекулы воды могут соединяться и образовывать различные кристаллические решетки.

Структура снежинки состоит из шестиугольных звездообразных форм, где каждая вершина шестиугольника представляет собой молекулу воды. Они соединены между собой водородными связями, которые образуют кристаллическую решетку снежинки. Водородные связи создают сильные взаимодействия между молекулами воды, что позволяет снежинке сохранять свою форму при таянии.

Кристаллическая решетка снежинки является аморфной, то есть она не имеет определенной симметрии или порядка в расположении молекул воды. Это означает, что каждая снежинка имеет уникальную структуру, даже если они образованы из одних и тех же молекул воды.

Несмотря на то что структура снежинки кажется сложной и запутанной, она основана на простых и повторяющихся элементах. В центре каждой снежинки находится ядро, вокруг которого формируются шестиугольные формы. Эти формы затем расширяются и соединяются друг с другом, образуя сложную и красивую структуру снежинки.

В целом, структура снежинки представляет собой уникальное и сложное сочетание молекул воды, которые взаимодействуют друг с другом через водородные связи, создавая неповторимые узоры и формы.

Физические свойства

Физические свойства снежинки включают:

• Симметрия: Снежинки обычно имеют шестиугольную симметрию, что связано с тем, что молекулы воды образуют водородные связи между собой. Это приводит к тому, что все грани снежинки имеют одинаковый размер и форму, а углы между ними составляют 60 градусов.
• Кристаллическая структура: Снежинка состоит из большого количества маленьких кристаллов льда, каждый из которых имеет свою уникальную структуру. Внутри каждого кристалла атомы кислорода из молекул воды образуют трехмерную решетку, в которой атомы водорода занимают определенные позиции.
• Цвет: Снежинки могут быть прозрачными или белыми, что зависит от размера кристаллов льда и того, насколько они отражают свет. Однако, если снежинка покрыта грязью или пылью, она может приобрести другой цвет.
• Блеск: Снежинки обладают высоким коэффициентом отражения света, что делает их блестящими и красивыми. Это происходит из-за того, что свет преломляется на границах между кристаллами льда и отражается от них.
• Твердость: Снежинки являются твердыми телами, так как они состоят из кристаллизованного льда. Однако их твердость очень мала, и они могут легко ломаться или деформироваться при небольшом давлении.
• Плотность: Плотность снежинок составляет около 0,917 г/см³, что немного меньше, чем у других видов льда. Это объясняется тем, что кристаллы льда в снежинке имеют поры и пустоты, которые делают их менее плотными.
• Теплопроводность: Снежинки имеют очень низкую теплопроводность, что означает, что они плохо проводят тепло. Это связано с их пористой структурой и тем, что между кристаллами льда находится воздух, который является плохим проводником тепла.
• Температура плавления: Снежинки начинают таять при температуре около 0 °C, когда лед начинает плавиться и превращается в воду. Этот процесс происходит быстрее при повышении температуры, и снежинки полностью исчезают, когда температура достигает примерно +80 °C.
• Влажность воздуха: Снежинкам для формирования необходимо наличие водяного пара в атмосфере. Чем выше влажность воздуха, тем больше вероятность образования снежинок.
• Скорость падения: Снежинки падают на землю со скоростью, которая зависит от их формы, размера и плотности. Маленькие и легкие снежинки падают медленнее, чем большие и тяжелые.В целом, физические свойства снежинок делают их уникальными и красивыми образованиями, которые играют важную роль в природе и влияют на климат на нашей планете.

Методы исследования

Исследование снежинок является областью науки, которая изучает форму, структуру и свойства снега и ледяных кристаллов. Эта область, известная как кристаллография снежинок, помогает ученым лучше понять процессы, происходящие в атмосфере, а также улучшает наши знания о климате.

Существуют различные методы исследования снежинок. Ниже приведены некоторые из них:

Микроскопическое исследование 

Снежинки обычно исследуются под микроскопом. Этот метод позволяет детально изучить форму, размер, симметрию и текстуру снежинок. Для анализа используются стереомикроскопы, поляризационные микроскопы и сканирующие электронные микроскопы (СЭМ).

Рентгеноструктурный анализ 

Этот метод включает использование рентгеновских лучей для анализа кристаллической структуры снежинок. Он позволяет определить плотность, состав и молекулярную структуру снежинок.

Рамановская спектроскопия 

Это метод, который использует лазеры для изучения структуры и свойств снежинок. Лазеры излучают свет определенной длины волны, который взаимодействует со снежинкой. Затем анализируется спектр света, отраженного или рассеянного от снежинки, что позволяет получить информацию о ее структуре.

Фотосъемка 

Этот метод используется для создания изображений снежинок с высоким разрешением. Фотографии могут быть использованы для изучения формы и симметрии снежинок, а также для сравнения их с другими снежинками.

Микротомография 

Это метод трехмерной визуализации, который позволяет создать трехмерное изображение снежинки. Это изображение может быть использовано для изучения внутренней структуры снежинки и определения ее характеристик.

Термальная десорбция 

Этот метод использует криогенную технику для удаления молекул воды с поверхности снежинки. После этого молекулы воды анализируются с помощью масс-спектрометра, чтобы определить их структуру и состав.

Изучение скорости таяния 

Этот метод измеряет скорость, с которой снежинки тают при различных температурах и влажности. Это позволяет ученым определить, как снежинки взаимодействуют с окружающей средой.

Расчет индекса формы 

Этот метод определяет форму снежинок и их симметрию. Индекс формы рассчитывается на основе микроскопических изображений снежинок.

Анализ цвета 

Этот метод основан на изучении цвета снежинок. Цвет снежинок может указывать на их состав и структуру.

Все эти методы исследования снежинок помогают ученым лучше понять природу снега и льда, а также их влияние на климат и окружающую среду.

Применение снежинок

Вот некоторые из наиболее распространенных применений снежинок в различных областях:

• Наука: Снежинки являются предметом изучения кристаллографии, которая исследует структуру, форму и симметрию кристаллов. Это помогает ученым лучше понять процессы кристаллизации и образование льда в атмосфере.
• Метеорология: Снежинки используются для определения погоды. Они могут служить индикатором изменений в температуре, влажности и давлении воздуха. Например, исследования показывают, что форма и размер снежинок могут указывать на вероятность снегопадов и других погодных явлений.
• Сельское хозяйство: Снежный покров играет важную роль в поддержании температуры почвы и предотвращении ее промерзания. Исследования показали, что снежный покров может помочь сохранить влагу и питательные вещества в почве, что важно для роста растений.
• Архитектура: Снежинки могут быть использованы в качестве декоративных элементов в архитектуре. Они часто встречаются в оформлении фасадов зданий, особенно в зимних тематиках. Снежинки также могут быть включены в дизайн мебели и предметов интерьера.
• Образование: Снежинки служат прекрасным примером симметрии и фракталов в природе. Они используются в образовательных целях, чтобы показать студентам, как сложные структуры могут формироваться из простых компонентов.
• Искусство: Снежинки вдохновляют художников на создание произведений искусства. Их сложные и разнообразные формы делают их идеальными объектами для фотографирования или рисования.
• Медицина: Снежинка была выбрана в качестве логотипа Американского общества борьбы с раком (ASCO) в 1975 году, символизируя то, что каждый человек уникален и индивидуален в своей борьбе с этой болезнью.
• Религия: В некоторых религиях, например в буддизме, снежинки используются как символ чистоты и духовности. В Японии, например, снежинки считаются символом удачи и долголетия.
• Экономика: В некоторых странах, таких как Япония, продажа искусственных снежинок является бизнесом. Искусственные снежинки продаются в качестве украшений на Рождество и Новый год.

В заключение, снежинки имеют множество применений, начиная от науки и заканчивая искусством. Они являются замечательным примером сложности и красоты природы, и их изучение может помочь нам лучше понять окружающий мир.

Как сделать снежинки своими руками из бумаги?

Снежинки из бумаги – это одно из самых популярных и красивых украшений для дома или елки на Новый год. Они могут быть очень разными по сложности и дизайну, что позволяет каждому выбрать вариант по душе.

В этом мастер-классе мы подробно расскажем и покажем, как сделать красивые и разнообразные снежинки своими руками из бумаги.

Для создания снежинок из бумаги вам понадобятся:

1. Ножницы

2. Простой карандаш

3. Линейка

4. Ластик

5. Цветная или белая бумага

Шаг 1

Выберите дизайн снежинки. Существует множество разных дизайнов и схем создания бумажных снежинок. Вы можете использовать готовые схемы из интернета или придумать свой собственный дизайн.

Мы предлагаем вам несколько простых и красивых схем для создания бумажных снежинок:

• Схема №1 Эта схема состоит из шести одинаковых частей, которые нужно вырезать и сложить пополам. Затем каждую часть нужно разрезать вдоль линии сгиба, не доходя до конца, чтобы получился “лепесток”. После этого все лепестки нужно склеить между собой, чтобы получилась снежинка.
• Схема №2 По этой схеме нужно вырезать два одинаковых квадрата и сложить их по диагонали. Затем на каждом квадрате нужно нарисовать и вырезать узор. После этого квадраты нужно склеить вместе, чтобы получить красивую снежинку. Также можно использовать другие схемы или придумать свои собственные дизайны.

Шаг 2

Подготовьте бумагу. Отрежьте лист бумаги нужного размера. Обычно для снежинок используют бумагу формата А4 или А5. Если вы хотите сделать большую снежинку, то можно использовать лист формата А3.

Цвет бумаги может быть любым – от белого до ярких и насыщенных цветов. Если вы используете цветную бумагу, то ваша снежинка будет выглядеть еще красивее.

Шаг 3

Нарисуйте на бумаге шаблон будущей снежинки. Для этого используйте линейку и простой карандаш. Если вы выбрали схему снежинки с шестью частями, то нарисуйте на каждом листе бумаги по шесть одинаковых частей. Если же вы выбрали другую схему, то начертите на бумаге соответствующий рисунок. Не забудьте оставить небольшие поля для склеивания деталей снежинки!

Шаг 4

Вырежьте шаблон снежинки. Используйте ножницы для вырезания шаблона. Будьте аккуратны и не торопитесь, чтобы не испортить снежинку. После того, как вы вырезали шаблон, у вас должны получиться отдельные детали снежинки. Если вы хотите сделать снежинку более сложной и объемной, то можете вырезать дополнительные детали и приклеить их к основной снежинке.

Шаг 5

Склейте детали снежинки. Для склеивания деталей используйте клей или двусторонний скотч. Нанесите клей на края деталей и соедините их вместе. При склеивании следите за тем, чтобы детали были соединены ровно и аккуратно. Если нужно, используйте ластик для удаления излишков клея.

Вот и все! Теперь у вас есть красивая и оригинальная снежинка из бумаги, которую вы сделали своими руками. Можете украсить ею свой дом или елку на Новый год!

Интересные факты

Снежинки - это удивительные и красивые кристаллы льда, которые образуются в облаках при определенных условиях. Они состоят из молекул воды, которые замерзают и образуют шестиконечные звездочки. Вот некоторые интересные факты о снежинках:

• Существует более 500 различных типов снежинок. Все они уникальны и не существует двух одинаковых снежинок из-за сложной структуры воды и различных условий в облаках.
• Снежинка состоит из одного или нескольких слоев, которые могут иметь разные формы и размеры. В центре снежинки находится ядро, которое состоит из мелких пылинок, соли или других частиц.
• Размер снежинок может варьироваться от микроскопических до гигантов, которые достигают размеров в несколько сантиметров. Самые большие снежинки были зафиксированы в штате Монтана, США, и в Японии.
• Каждая снежинка имеет шесть лучей, так как молекулы воды образуют шестиугольные структуры. Однако, лучи могут быть разными по толщине и длине, что придает снежинке уникальный вид.
• Снежинки обычно имеют форму звезд, но могут также образовывать формы цветов, листьев и других фигур. Форма снежинок зависит от температуры, влажности и скорости ветра в облаке.
• Снежинки образуются, когда водяной пар в облаке охлаждается и конденсируется на микроскопических пылинках или частицах соли. Затем эти капли воды замерзают и превращаются в маленькие кристаллы льда, из которых формируются снежинки.
• Снежинки могут иметь самые разные цвета, включая белый, серый, голубой, желтый, розовый и даже черный. Цвет зависит от того, какие примеси содержатся в водяном паре, который замерзает и образует снежинки.
• Ученые считают, что кристаллы снега растут с разной скоростью, и это может объяснить, почему снежинки имеют разные формы и цвета. Например, кристаллы, которые растут быстрее, могут иметь более толстые лучи, а те, которые растут медленнее, могут быть более тонкими.
• Снежинки начинают формироваться на высоте около 5 км над землей, где температура обычно составляет около -10 градусов Цельсия. Когда снежинки падают на землю, они могут таять и превращаться в капли воды.
• Несмотря на свою красоту и уникальность, снежинки могут быть вредными для людей и животных. Они могут вызвать обморожение, затруднить видимость и даже вызвать проблемы с дыханием. Однако, они также являются важным источником воды для живых организмов и играют важную роль в экосистеме.