- Марта Бартошовічова, зовнішній редактор
- 7 лютого 2018 р
Називаючи сніжинку, ми фактично називаємо її крижаним кришталем. Замерзлі молекули води з'єднані між собою в точному гексагональному розташуванні, що видно в типовій формі, що характеризується осьовою симетрією вздовж шести різних осей із загальною точкою в центрі пласта, згідно з якою вся формація є центрально симетричною.
Однак сніжинка - це також загальна назва будь-якого пучка снігу, який випадає з хмар взимку. Часто вони являють собою скупчення сотень кристалів льоду, які зливаються під час їх падіння на землю внаслідок різних факторів.
Сніжинка геометрія
Центральна симетрія створюється композицією двох осьових симетрій, що визначаються осями, які перпендикулярні одна одній і перетинаються в центрі симетрії. Не всі сніжинки мають форму шестикутної зірки. Якщо ви уважніше розглянете деякі з них, ви побачите різноманітні форми та форми.
Чому шестикутник?
Шестикратна симетрія, якою ми захоплюємося на сніжинках, зумовлена будовою молекул води в структурі крижаного кришталю. Зростаючи, ми спостерігаємо шестикутники, але крижаний кристал є тривимірним утворенням, крихітним тілом у космосі, і таким тілом є кожна сніжинка. Зоряні сніжинки - це тонкі скибочки льоду. Однак не всі пластівці, які падають на землю з хмар під час снігопаду, є такими.
Найпростіші сніжинки - це шестикутні призми, які мають дві шестикутні основи та шість прямокутних боковин. Вони можуть бути різних розмірів, вони довгі та тонкі, або низькі та сміливі, або що-небудь між ними. Вони є результатом повільного заморожування, кристалізації та зростання крижаного кришталю, і, як правило, дуже малі за розміром.
Морфогенез льоду
Перетворення простої крижаної призми у вишукану зоряну пластівцю з шістьма сегментованими руками є прикладом фізичного морфогенезу. Це процес, під час якого із неживого безформного матеріалу спонтанно формується форма складної форми і форми, коли певний точний закон і порядок, структура, виникає з початкового хаосу. Є багато прикладів природних процесів, де ми можемо спостерігати цей процес: хвилі на озерах, смугасті візерунки на заметах чи піщаних дюнах або різні геометричні візерунки на злакових полях, які, як кажуть, були створені інопланетянами. Однак сніжинки є унікальним прикладом процесу фізичного морфогенезу завдяки, здавалося б, нескінченному різноманіттю їх форм і візерунків.
Як утворюються пластівці
Шість піків крижаного кришталю ростуть трохи швидше, оскільки вони більше виступають у вологе повітря в просторі. Таким чином зародки рук починають рости. По мірі зростання кристала ядра збільшуються, а бічні ядра інших рукавів знову ростуть на своїх вершинах. Постійно повторюючи цей процес, нарешті створюється складна складна форма сніжинки. Чим швидше кристал росте, тим складніша його форма. Більші сніжинки більш розгалужені, їх форма складніша, а візерунки більш захоплюючі.
Хаос і порядок
Формування бічних рук часто є хаотичним. Коли крижаний кришталь росте надзвичайно швидко, бічні плечі розташовуються хаотично, іноді зовсім не симетрично, а самі плечі асиметричні. І хаос, і порядок відіграють роль у зростанні сніжинок, саме тому їх візерунки такі незвичні та цікаві. Гексагональна призматична структура кристалів льоду є природним законом кристалізації. Це хаотично порушується швидкістю росту, що спричиняє артикуляцію рук і складність їх будови. Ці дві природні сили разом створюють прекрасну хитромудру симетричну структуру сніжинки.
Сніжинки нагадують фрактали у своєму хитромудрому вигляді. Вони також виникають внаслідок хаотичного способу поділу та повторення зменшених копій їх початкової форми - принцип, який ми називаємо самоподібністю.
Різні форми та форми сніжинок
Визначено 35 різних форм. За основною формою їх можна розділити на вісім основних груп: дендрити у формі зірки; стовпи та голки; заглушки; дендрити у формі папороті; алмазний кришталевий пил; трикутні кристали; дванадцятирукі сніжинки; пластівці з інноваціями та градом.
Дендрити зірки - найпоширеніша форма сніжинок - це зірка, утворена руками та бічними раменами, що нагадують форму дерева ("дендрит" означає деревний). Це великі пластівці, які випадають в холодну погоду, коли температура становить близько -15 ° C.
Стовпи та голки - сніжинки у формі стовпа з'являються при температурі близько -6 ° C. Вони відносно невеликі, і ми можемо спостерігати їх як маленькі білі волоски, що падають на невеликому снігу. Довгі тонкі стовпчики називаються голчастими кристалами. Деякі мають конічні отвори на обох кінцях.
Дописи з ковпачками - Ці форми сніжинок не дуже типові, але насправді їх не важко виявити, коли знаєш, на що звернути увагу. Вони утворюються, коли пластівці ростуть під час подорожі через шари різної температури. Колона починає рости при температурі близько -6 ° C, а шапки на її кінцях ростуть при температурі -15 ° C.
Дендрити у формі папороті - ці кристали нагадують дендрити у формі зірки, але вони більші і мають більш виражені плечі з безліччю листків. За формою нагадує листя папороті. Якщо ви уважно придивитесь, то побачите, що бічні плечі майже паралельні сусіднім головним плечам. Вони не зовсім симетричні, а бічні плечі часто неправильні. Вони являють собою великі пластівці, діаметром до 5 мм.
Кристал алмазного пилу - ці крихітні крижані кристали виглядають як крихітний іскристий пил на сонячному світлі. Ось звідки походить їх назва. Вони є найменшими сніжинками, у багатьох діаметр менше діаметра людського волосся. Вони з’являються під час суворої холодної погоди. Основна форма - тонка шестикутна призма, ідеально симетричний тонкий шматочок льоду.
Трикутні кристали - Незвичайні форми цих сніжинок створюються аеродинамічним ефектом. Вони, як правило, маленькі, усічені трикутники, іноді мають шестикутні нарости і утворюють дивні симетричні форми.
Дванадцятирукі сніжинки - якщо дві сніжинки з шістьма руками злипаються на землі, може утворитися дванадцятирукавиця. Здавалося б, таке зіткнення трапляється лише рідко, але насправді виявити ці форми пластівців під час сильного снігопаду зовсім не складно.
Пластівці з інноваціями та градом - кристали льоду, що утворюються в хмарах, утворених краплями води, часто стикаються з цими краплями, і краплі льоду замерзають. Ми закликаємо заморожені крапельки до інновацій. На кристалах може не бути нововведень або лише кілька крапель, а іноді вони повністю покриті нововведеннями. Бульбашки нововведення називають манною крупою або льодовиком.
Тема Сніжинки - кожна з них воістину унікальна? презентував успішний вчений у галузі прикладної математики док. RNDr. Даніела Величова, доктор технічних наук, 30 січня 2018 року о 9.00 ранку у Братиславській науковій кондитерській в Центрі науково-технічної інформації Словацької Республіки. На запитання в назві свого виступу, чи кожна сніжинка унікальна, вона відповіла: «Так і ні! Немає двох однаково схожих сніжинок. Однак ми розпізнаємо лише кілька основних форм і форм. Вони утворюються за певних умов під час кристалізації водяної пари і дрібних крапель води, і при певній температурі. Правильна гексагональна симетрична форма хаотично порушується впливом фізичних умов. Тому форма сніжинок така різноманітна і випадкова ".
Dок. RNDr. Даніела Величова, к.т.н., походить з Братислави. Вона вивчала математику та нарисну геометрію на природничому факультеті Університету Коменського (Великобританія) у Братиславі. Він є керівником Інституту математики та фізики на машинобудівному факультеті Словацького технологічного університету (STU) у Братиславі. Окрім викладання в університеті, він активно працює в галузі математичної освіти європейських інженерів в рамках європейської організації SEFI та в Європейській асоціації жінок у математиці EWM. Її дослідження в основному зосереджені на геометрії та геометричному моделюванні фігур, комп’ютерній графіці, електронному навчанні з математики та розробці веб-додатків. Вона є автором близько 200 публікацій у цих сферах. Вона брала участь у багатьох внутрішніх наукових завданнях та проектах ЄС, які були частиною програм VEGA, KEGA, APVV, Socrates, Minerva, Leonardo da Vinci, Erasmus та FP6.
Підготувала та опублікувала: Marta Bartošovičová, NCP VaT при CVTI SR
Фото: Ян Лаштінец, NCP VaT у CVTI SR
Малюнки: з презентації док. RNDr. Даніела Величова, к.с.н.