- Marta Bartošovičová editor extern
- 7 februarie 2018
Prin denumirea unui fulg de zăpadă îl numim de fapt un cristal de gheață. Moleculele de apă înghețate sunt interconectate într-un aranjament hexagonal precis, care este vizibil într-o formă tipică caracterizată prin simetrie axială de-a lungul a șase axe diferite cu un punct comun în centrul formațiunii, conform căruia întreaga formațiune este central simetrică.
Cu toate acestea, fulg de zăpadă este, de asemenea, denumirea generală pentru orice smoc de zăpadă care cade din nori iarna. Adesea sunt grupuri de sute de cristale de gheață care se unesc în timpul căderii lor la pământ datorită diferiților factori.
Geometria fulgului de zăpadă
Simetria centrală este creată de compoziția a două simetrii axiale determinate de axe perpendiculare între ele și care se intersectează în centrul de simetrie. Nu toți fulgii de zăpadă au forma unei stele cu șase colțuri. Pe măsură ce aruncați o privire mai atentă asupra unora dintre ele, veți observa o varietate de forme și forme.
De ce un hexagon?
Simetria de șase ori pe care o admirăm pe fulgii de zăpadă se datorează structurii moleculelor de apă din structura cristalului de gheață. Pe măsură ce creștem, observăm hexagoane, dar cristalul de gheață este o formațiune tridimensională, un corp mic în spațiu și un astfel de corp este fiecare fulg de zăpadă. Fulgii de zăpadă de stea sunt felii subțiri de gheață. Cu toate acestea, nu toți fulgii care cad pe sol din nori în timpul ninsorilor sunt astfel.
Cele mai simple fulgi de zăpadă sunt prisme hexagonale care au două baze hexagonale și șase pereți laterali dreptunghiulari. Ele pot fi de dimensiuni diferite, sunt lungi și subțiri, sau joase și îndrăznețe, sau orice altceva între ele. Acestea sunt rezultatul înghețării lente, cristalizării și creșterii cristalului de gheață și, de obicei, sunt de dimensiuni foarte mici.
Morfogeneza gheții
Transformarea unei simple prisme de gheață într-un fulg de stea în formă complexă cu șase brațe segmentate este un exemplu de morfogeneză fizică. Este un proces în timpul căruia o formă de formă și formă complexă iese dintr-un material fără formă neînsuflețit într-un mod spontan, atunci când o anumită lege și ordine precisă, structură, ia naștere din haosul inițial. Există multe exemple de procese naturale în care putem observa acest proces: valuri pe lacuri, modele cu dungi pe zăpadă sau dune de nisip sau diferite modele geometrice pe câmpurile de cereale despre care se spune că au fost create de extratereștri. Cu toate acestea, fulgii de zăpadă sunt un exemplu unic al procesului de morfogeneză fizică datorită varietății aparent infinite a formelor și modelelor lor.
Cum se formează fulgii
Cele șase vârfuri ale cristalului de gheață cresc puțin mai repede, deoarece acestea ies mai mult în aerul umed din spațiu. Astfel germenii brațelor încep să crească. Pe măsură ce cristalul crește treptat, nucleii se măresc și nucleii laterali ai altor brațe cresc din nou pe vârfurile lor. Prin repetarea constantă a acestui proces, se creează în cele din urmă o formă complexă complexă a fulgului de zăpadă. Cu cât cristalul crește mai repede, cu atât forma lui este mai complexă. Fulgii de zăpadă mai mari sunt mai ramificați, forma lor este mai complexă, iar modelele sunt mai admirabile.
Haos și ordine
Formarea brațelor laterale este adesea haotică. Când cristalul de gheață crește extrem de repede, brațele laterale sunt plasate aleatoriu, uneori deloc simetrice, iar brațele în sine sunt asimetrice. Atât haosul, cât și ordinea joacă un rol în creșterea fulgilor de zăpadă, motiv pentru care tiparele lor sunt atât de neobișnuite și interesante. Structura prismatică hexagonală a cristalelor de gheață este o lege naturală a cristalizării. Acest lucru este perturbat haotic de rata de creștere, care determină articularea brațelor și complexitatea structurii lor. Aceste două forțe naturale creează împreună o frumoasă structură complexă de fulgi de zăpadă.
Fulgii de zăpadă seamănă cu fractalii în forma lor complicată. Ele apar, de asemenea, dintr-un mod haotic de divizare și repetare a copiilor reduse ale formei lor originale, un principiu pe care îl numim autosimilitate.
Diferite forme și forme de fulgi de zăpadă
Sunt definite 35 de forme diferite. Ele pot fi împărțite în opt grupuri principale în funcție de forma lor de bază: dendrite în formă de stea; stâlpi și ace; stâlpi cu capac; dendrite în formă de stea de ferigă; praf de cristal de diamant; cristale triunghiulare; fulgi de zăpadă cu douăsprezece brațe; fulgi cu inovație și grindină.
Dendrite stelare - cea mai comună formă a fulgilor de zăpadă este o stea formată din brațe și brațe laterale care seamănă cu forma unui copac („dendrita” înseamnă arbore). Acestea sunt fulgi mari care cad pe vreme rece când temperatura este în jur de -15 ° C.
Postări și ace - fulgii de zăpadă în formă de stâlp apar la o temperatură de aproximativ -6 ° C. Sunt relativ mici și îi putem observa ca niște fire mici de păr alb, care cad în zăpadă ușoară. Coloanele lungi subțiri se numesc cristale de ac. Unele au găuri conice la ambele capete.
Postări cu majuscule - Aceste forme de fulgi de zăpadă nu sunt foarte tipice, dar în realitate nu este greu să le descoperi când știi ce să cauți. Acestea se formează atunci când un fulg crește în timpul unei călătorii prin straturi de temperaturi diferite. Coloana începe să crească la o temperatură de aproximativ -6 ° C, iar capacele la capetele sale cresc la o temperatură de -15 ° C.
Dendrite în formă de stea de ferigă - aceste cristale seamănă cu dendrite în formă de stea, dar sunt mai mari și au brațe mai pronunțate, cu multe frunze. Forma seamănă cu frunzele unei ferigi. Dacă priviți cu atenție, veți vedea că brațele laterale sunt aproape paralele cu brațele principale adiacente. Nu sunt destul de simetrice, iar brațele laterale sunt adesea neregulate. Sunt fulgi mari, cu un diametru de până la 5 mm.
Praful de cristal de diamant - aceste mici cristale de gheață arată ca un praf scânteietor în lumina soarelui. De aici vine și numele lor. Sunt cei mai mici fulgi de zăpadă, mulți au un diametru mai mic decât diametrul unui păr uman. Ele apar pe vreme rece aspră. Forma de bază este o prismă hexagonală subțire, o felie subțire de gheață perfect simetrică.
Cristale triunghiulare - Formele neobișnuite ale acestor fulgi de zăpadă sunt create de efectul aerodinamic. Ele tind să fie triunghiuri mici, trunchiate, uneori au creșteri hexagonale și formează forme simetrice ciudate.
Fulgi de zăpadă cu douăsprezece brațe - dacă doi fulgi de zăpadă cu șase brațe se lipesc împreună pe pământ, se poate forma un fulg de zăpadă cu douăsprezece brațe. S-ar părea că o astfel de coliziune are loc foarte rar, dar în realitate nu este deloc dificil să descoperiți aceste forme de fulgi în timpul ninsorilor abundente.
Fulgi cu inovație și grindină - cristalele de gheață formate în norii formați de picăturile de apă se ciocnesc adesea cu aceste picături, iar picăturile de gheață îngheață. Apelăm picături înghețate pentru a inova. Este posibil să nu existe inovație pe cristale sau doar câteva picături, iar uneori acestea sunt complet acoperite de inovație. Bulele inovatoare se numesc gris sau ghețar.
Subiect Fulgi de zăpadă - fiecare dintre ei este cu adevărat unic? prezentat de un om de știință de succes în domeniul matematicii aplicate doc. RNDr. Daniela Velichová, CSc., La 30 ianuarie 2018 la ora 9.00 în Cofetăria Științifică din Bratislava din Centrul de Informații Științifice și Tehnice din Republica Slovacă. Întrebată în titlul discursului dacă fiecare fulg de zăpadă este unic, ea a spus: „Da și nu! Nu există doi fulgi de zăpadă care seamănă exact. Cu toate acestea, recunoaștem doar câteva forme și forme de bază. Acestea se formează în anumite condiții în timpul cristalizării vaporilor de apă și a picăturilor mici de apă și la o anumită temperatură. Forma simetrică hexagonală regulată este tulburată haotic de influența condițiilor fizice. De aceea forma fulgilor de zăpadă este atât de diversă și aleatorie. "
Doc. RNDr. Daniela Velichova, CSc., provine din Bratislava. A studiat matematica și geometria descriptivă la Facultatea de Științe a Universității Comenius (Marea Britanie) din Bratislava. Este șeful Institutului de Matematică și Fizică de la Facultatea de Inginerie Mecanică a Universității Slovace de Tehnologie (UTS) din Bratislava. Pe lângă predarea la universitate, activează în domeniul educației matematice a inginerilor europeni în cadrul organizației europene SEFI și în Asociația Europeană a Femeilor în Matematică EWM. Cercetările sale se concentrează în principal pe geometrie și modelarea geometrică a formelor, grafica computerizată, e-learning în matematică și dezvoltarea aplicațiilor web. Este autoarea a aproximativ 200 de publicații în aceste domenii. A participat la multe sarcini și proiecte interne de cercetare din UE care au făcut parte din programele VEGA, KEGA, APVV, Socrates, Minerva, Leonardo da Vinci, Erasmus și FP6.
Pregătit și publicat de: Marta Bartošovičová, NCP VaT la CVTI SR
Foto: Ján Laštinec, NCP VaT la CVTI SR
Poze: din prezentarea doc. RNDr. Daniela Velichová, CSc.