POVESTEA FULGILOR DE NEA

Elev: Odobasa Catalina clasa a XI-a ECoordonator: prof. Tanasie Adina

Istoria fulgilor de nea

Mulţi oameni de ştiinţă a lungul istoriei au sa dezlege misterele fulgilor de zapada. În 1611 Johannes Kepler a publicat un scurt tratat cu aceasta tema, care a fost prima referinţă ştiinţifică la cristale de zăpadă. Kepler incearca sa raspunda la intrebarea potrivit careia cristalele de zăpadă prezintă întotdeauna o simetrie de şase ori.La vremea aceea intrebarea a ramas fara raspuns , caci nu existau mijloace necesare unei asemenea investigatii

Mai mult pe Rene Descartes , filosof şi matematician, a fost primul care a descris, suficient de precis, morfologia cristalului de zăpadă. Aceste note includ observaţii asupra fulgilor de zăpadă cu 12 feţe

Robert Hooke în 1665 a publicat un volum mare intitulat „ Micrographia”, continand multe desene ale cristalelor de zăpadă. Pentru prima dată a dezvăluit complexitatea şi simetria structurii cristalelor de zăpadă

In 1931 , A. Wilson Bentley ,un fermier american, a capturat 5000 de imagini ale fulgilor de zapada .Mai mult de 2000 au fost publicate în 1931 în faimoasa sa carte, Snow Cristale

In 1954 Nakaya Ukichiro, fizician japonez, a fost prima persoană care a efectua un studiu adevărat, sistematic asupra cristalelor de zăpadă. Acest studiu a reprezentat un salt uriaş în înţelegerea formarii si complexitatii cristalelor de zapada.El studiat in detliu fulgii de nea , fotografiind marea varietate de tipuri de cristale de gheata. Triumful real al lui Nakaya , a constat in creşterea cristalelor de zăpadă artificială în laborator, în condiţii controlate. Din studiul acestor cristale, Nakaya a fost capabil să descrie morfologia cristalului în diferite condiţii de mediu, cea ce oferă un indiciu extrem de important pentru înţelegerea formarii fulgului de nea.   Cea mai mare parte din munca Nakaya a fost publicată în 1954 într-o frumoasă carte intitulată „ Cristale de zăpadă: naturale şi artificiale”.

Cat traiesc fulgii de nea?

Povestea lor este cuprinsa in circuitul apei in natura:

Murdaria si particulele de praf se pot amesteca in apa si pot afecta greutatea si durabilitatea fulgilor de nea. Particulele de murdarie fac un fulg de zapada sa fie mai greu; de asemenea, acestea afecteaza durabilitatea zapezii. Fulgii ce contin particule de murdarie se topesc mai usor.

Fulgii de zapada nu sunt identici si nici nu sunt la fel pe toate laturile deoarece temperaturile instabile, prezenta murdariei si alti factori existenti in atmosfera pot produce asimetria unui fulg de zapada.

Cu toate acestea, este adevarat si ca o multime de fulgi de nea sunt simetrici si incalciti. Acest lucru se datoreaza faptului ca forma unui fulg de zapada reflecta ordinea interna a moleculelor de apa.

 

Aparitia lor se intampla în jurul temperaturii de -10 ° C (14 F), si este un proces gradual

     În cazul în care o picătură special, îngheaţă, devine o particulă mică de gheaţă înconjurat de picăturile de apă lichidă rămasă în nor.Aceasta creste pe masura ce la suprafata gheatii se condensează vaporii de apa, formând un fulg de nea

Ce sunt fulgii de nea?

Povestea incepe cu....o picatura de apa care devine un cristal de gheata.

Fulgii de zapada nu sunt nimic altceva decat ...gheata, insa formele pe care le iau sunt de o complexitate incredibila.

Un fulg de zapada se formeaza din combinatia mai multor cristale de gheata. Exista practic un numar infinit de aranjamente posibile.

Un singur fulg de nea este alcatuit din 2 pana la 200 cristale fine de gheata.

Procesul prin care se formeaza acestia este acela de condensare a vaporilor de apa pe particulele de praf intalnite in atmosfera.

Fulgi de zăpadă se fomeaza din vapori de apă

Fulgi de zăpadă nu sunt picaturi de ploaie îngheţate. Uneori, picăturile de ploaie se congeleaza cand acestea cad, dar aceasta este lapoviţă.Particulele de lapoviţa nu au nici complexitatea si nici simetria cristalelor de zăpadă. Cristale de zăpadă atunci când se condensează sub formă de vapori de apă direct în gheaţă, care se întâmplă în nori.

Cum se formeaza fulgii de nea?

• Cristale de zăpadă se formeaza prin condensarea vaporilor de apă direct în gheaţă,lucru care se întâmplă în nori.

• Reteaua cristalina a ghetii este hexagonala 

•   Forma cea mai de bază de un cristal de zăpadă este o prismă hexagonală.  Atunci când cristalele de zăpadă sunt foarte mici, ele sunt în mare parte în formă de prisme hexagonale simple. Dar, pe masura ce cresc, devin din ce in ce mai complexe.

• Kenneth Libbrecht, profesor de fizica de la California Institute of Technology studiaza formarea fulgilor de zapada, observand diferitele aranjamente care apar in diferite conditii.

Formarea cristalelor,este o problema foarte complicata, iar cresterea fulgilor de zapada reprezinta un caz particular foarte interesant.

• Apar diferite structuri, in functie de temperatura si umiditatea mediului. Acest comportament poate fi rezumat in 'diagrama morfologica' in care este trecuta forma cristalului in functie

de conditii.

Cum se formeaza fulgii de nea?

• In jurul temperaturii de -2 C (28 F) apar placi subtiri si stele ;

• La -5 C (23 F) apar coloanele si acele zvelte;

• Placi si stele se formeaza din nou aproape de -15 C ( 5 F);

• O combinatie de placi si coloane se formeaza in apropierea temperaturii de -30 C ( - 22 F)

• Cristalele de zapada au tendinta de a alcatui forme simple atunci cand umiditatea ( suprasaturatia ) este scazuta , iar formele complexe se formeaza la umiditati mari ;

• Forme extreme : ace lungi in jurul temperaturii de -5 C si placi subtiri in jurul celei de -15 C si

umiditate mare;

• Creşterea depinde de exact modul în care moleculele de vapori de apă sunt încorporate în cristal de gheaţă în creştere,

•  De ce cristalul de zăpadă isi schimba atât de mult forma odata cu temperatura rămâne ceva de un mister ştiinţific..

Forma fulgilor de nea

Fulg de nea cu 12 fete• Fulg de nea coloana

• Fulgi de nea stelar

• Fulgi de nea sub forma de ace

•Fulgi de nea stelari plati –( fulgul de nea are aceasta forma la temperaturi cuprinse intre -2 si -15 grade)

Tipul fulgilor de nea

• Fulgi naturali • Fulgi artificiali

De ce fulgii de nea arata la fel? Intreaga viata a unui fulg de nea este cuprinsa in

diagrama de mai jos:

• Povestea incepe in straturile superioare ale atmosferei, cand, in primul minut, picatura de apa devine un mic cristal de gheata.

• In timp, vaporii de apa incep sa se condenseze la suprafata, particula de gheata isi dezvolta repede fetele devenind o mica prisma hexagonala.

• Pentru un timp ramane asa ,dupa care continua sa creasca.In cele sase colturi ale hexagonului cristalul se ramifica sub forma unor brate ( stadiul al treilea al diagramei )

• In timp ce conditiile atmosferice ( temperatura ,

umiditate,etc. ) sunt aproximativ constante in interiorul cristalului cele sase brate cresc in acelasi ritm.•

De ce fulgii de nea arata la fel?

• In timp ce creste, cristalul cade din nori, trecand prin diferite temperaturi ce se modifica treptat. Pentru ca dezvoltarea fulgului de nea depinde exclusiv de tempratura, complexitatea sa creste pe distanta nor –

pamant.

• Deoarece cele sase brate trec prin aceleasi conditii, acestea cresc aproape in aceeasi

forma. Rezultatul este un complex simetric.

• Deoarece fulgii de nea cad unul cate unul fiind risipiti de nor, acestia cresc in mod diferit.

Ce sincronizeaza cresterea celor sase brate?

• Cele şase braţe ale unui cristal de zăpadă cresc toate independent. Dar, deoarece acestea cresc în aceleaşi condiţii, toate şase au forme similare si cresc in acelasi ritm

De ce cristalele de zăpadă au şase braţe?

• . Simetrie cristalului de zăpadă cu sase brate derivă din geometria hexagonale din reteaua cristalina a ghetii:

De ce este zăpada albă?

Nu este un colorant alb.

Zăpadă este confectionat din cristale de gheaţă, şi de aproape cristale individuale arata clar, ca sticla. O gramada mare de cristale de zapada apare alb pentru acelaşi motiv pentru care o gramada de sticlă pisată, pare alba.

Lumina incidenta este parţial reflectată de o suprafata de gheata, la fel cum este pe o suprafata de sticla. O mulţime de suprafeţe care reflectă parţial face ca

lumina incidenta sa ricoseze în jurul şi în cele din urmă se reflecta.Din moment ce toate culorile sunt împrăştiate aproximativ la fel de bine, zapada apare alba. Lumina roşie este absorbită mai repede decât lumina albastra, astfel, dacă privesti cu atentie o bucata de zăpadă, poti vedea, uneori, o culoare albastră.

De ce fulgii de nea?

Aflam despre modul în care moleculele condensează pentru a forma cristale, un puzzle interesant în dinamica moleculara Aceste cunoştinţe de bază se aplică si la alte materiale, de asemenea.

Inţelegem mai bine structura şi formarea prin auto-asamblare. Biologic auto-asamblarea este un proces extrem de complex, iar noi nu înţelegem cum functioneaza la un nivel fundamental. Fulgul de zăpadă este un exemplu foarte simplu de auto-asamblare. Nu există nici un plan sau codul genetic care ghidează dezvoltarea unui fulg de zăpadă, dar aceste minunate structuri complexe apar, pur si simplu.

Cunoasterea dobandita in urma studiului fulgilor de zapada poate fi aplicata si in alte domenii care implica condensarea anumitor substante in forme solide. Asemenea domenii includ productia de semiconductori si nanotehnologia. In aceste domenii cercetatorii doresc sa obtina anumite structuri predeterminate cu ajutorul procesului de auto-asamblare spontana a componentelor. Cresterea fulgilor de zapada este un astfel de exemplu de auto-asamblare care apare in mod natural.