Исследовательская работа "Как образуются снежинки"
проект по окружающему миру (2 класс)

     Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 9

имени заслуженного учителя школы Российской Федерации А.Н. Неверова

Дзержинского района Волгограда»

400137, Россия, г. Волгоград, ул. 8 Воздушной Армии, 26а. Тел.: (8442) 53-63-98, факс – 53- 62-70

E-mail-lyceum9@volgadmin.ru, Сайт-http:/www.liseum9.ru/

XII Международная учебно-практическая конференция

«Первые шаги»

Исследовательская работа

«Как образуются снежинки»

Направление (секция): «Физика»

Выполнила: учащаяся 2 «В» класса

муниципального общеобразовательного учреждения «Лицей № 9  имени  заслуженного  учителя  школы  Российской Федерации  А.Н. Неверова Дзержинского района Волгограда»

Солохина Арина

Руководитель:

Летуновская Светлана Александровна, учитель начальных классов

Волгоград, 2023

Содержание

Введение…………………………………………………………………………....  3

Глава I. Теоретические основы проблемы исследования

1.  Что такое «снежинка»………………………………………………………  4
2.  Типы снежных кристаллов ………………………………………………..  5
3.  От чего зависит форма снежинки…………………………………………  7
4.  Исследование снежинок учёными ………………………………………..  8

Глава 2. Практическая часть

2.1  Получаем снежинку в домашних условиях……………………………..  9

Заключение………………………………………………………………………………  10

Список литературы…………………………………………………………………….  11  

Введение

Актуальность. На уроке окружающего мира  я узнала, что снежинки не всегда имеют привычную для нас форму, форму шестиконечной звездочки. А на уроке литературного чтения мы читали красивое стихотворение К.Бальмонта:

Светло-пушистая,
Снежинка белая,
Какая чистая,
Какая смелая!
Дорогой бурною
Легко проносится,
Не ввысь лазурную,
На землю просится…

Мне стало интересно, а как вообще образуются снежинки, отчего зависит их форма, почему они такие красивые? Так была выбрана тема моей работы, определены цель и задачи.

Цель: узнать, как образуются снежинки

Задачи:  

- узнать, почему  снежинки разной формы;

- узнать, какие факторы влияют на форму снежинок;

- выяснить, кто из ученых занимался изучением снежинок;

- провести эксперимент по созданию снежинки в домашних условиях.

Объект: процесс образования снежинок

Предмет: снежинки

Гипотеза: снежинки - это застывшие при низкой температуре капли воды, и в домашних условиях можно получить снежинки.

Методы исследования:

• Теоретические - работа с информацией, её анализ
• Практические:
• эксперимент
• наблюдение;

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они позволят повысить уровень знаний учащихся по предмету «Окружающий мир», расширят общий кругозор.  

Глава I. Теоретические основы проблемы исследования

1.1  Что такое «снежинка»

         Снежинка - это снежный или ледяной кристалл различной формы. Снежные кристаллы образуются в холодных облаках высоко над землей. На очень больших высотах, где температура доходит до - 40◦С, водяной пар, занесенный туда ветром, может внезапно замерзнуть, предварительно пристав к какой-нибудь взвешенной в воздухе частице. Большинство снежинок формируются вокруг мелких частиц грунта, поднятых ветром вверх. Водяной пар может замерзать даже вокруг частиц дыма! Используя очень мощные микроскопы, ученые смогли разглядеть частицы, спрятанные в сердцевине снежинки. Они обнаружили, что около 3/4 снежинок содержали в центре мельчайшие частицы глины.

Итак, основа для формирования снежинки, её крошечное ядро - это ледяные или инородные пылинки в тучах. Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму правильных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба при сравнительно небольшой влажности воздуха в самых разных температурных условиях.

Рано или поздно на гранях появляются неровности. Каждый бугорок притягивает к себе дополнительные молекулы и начинает расти. Снежинка долго путешествует по воздуху, при этом шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень быстро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, так как молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. В районах с разной влажностью, температурой, давлением, грани и лучи растут по-разному. Во время путешествия крохотной снежинки все ее грани находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях. [3]ххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххх

 Так, из первоначально шестигранной пластинки вырастает шестилучевая звездочка.  Главная особенность, определяющая форму кристалла, - это крепкая связь между молекулами воды, подобная соединению звеньев в цепи. Кроме того, из-за различного соотношения тепла и влаги, кристаллы, которые в принципе должны быть одинаковыми, приобретают различную форму.

1.2  Типы снежных кристаллов

Ученые утверждают, что снежные кристаллы бывают четырех основных типов по форме. Простейшая форма — длинные игольчатые кристаллы. Все остальные типы имеют шесть сторон, то есть они шестиугольные. Бывают снежинки, похожие по форме на пустотелые длинные столбики, напоминающие шестиугольную призму, есть плоские шестиугольные снежинки. И наконец, существуют снежинки очень причудливой формы, в основе которой лежит шестиконечная звезда.

Известно несколько классификаций снежных кристаллов. В 1955 году русский ученый А. Заморский разделил снежинки на 9 классов и 48 видов. Это — пластинки, иглы, звезды, ежи, столбики, пушинки, запонки, призмы, групповые. А в 1951 г. Комиссией снега и льда Международной ассоциации гидрологических наук была предложена более простая классификация, различающая семь основных форм кристаллов:

• - пластинки,
• - звездчатые кристаллы,
• - столбцы или колонны,
• - иглы,
• - пространственные дендриты,
• - столбцы с наконечниками
• - неправильные формы.

И еще три вида твердых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

Пластинки – это тонкие и плоские снежинки. Множество ледяных ребер как будто делят лопасти снежинок на сектора.

Звёздчатые дендриты - кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.

         Столбики. Хотя плоские, пластинчатые снежинки больше притягивают взгляд, тем не менее, самой распространенной формой снежных кристаллов является столбик или колонна. Такие полые столбики могут быть шестигранными, в виде карандаша, заостренные на концах в виде конуса.

Иглы -  это столбчатые кристаллы, выросшие длинными и тонкими. Иногда внутри них сохраняются полости, а иногда концы расщепляются на несколько веточек.

Пространственные дендриты. Очень интересные конфигурации получаются, когда плоские или столбчатые кристаллики срастаются или спрессовываются, образуя объемные структуры, где каждая веточка расположена в своей плоскости.

Столбики с наконечниками. Изначально такие кристаллы имеют столбчатую форму, но в результате некоторых процессов меняют направление роста, превращаясь в пластинки. Такое может произойти, если, кристалл заносит ветром в зону с другой температурой. 

Кристаллы неправильной формы. На долю снежинки может выпасть немало приключений, она может попасть в зону турбулентности и потерять в ней некоторые из своих веточек или разломаться совсем. Обычно таких "покалеченных" снежинок много в сыром снеге. 

1.3  От чего зависит форма снежинки

         Основная форма снежинки зависит от температуры, при которой снежинка образуется. Чем выше облако, тем оно холоднее.

Кристаллы различной формы образуются при разной температуре. В процессе формирования они могут получиться как вытянутыми и узкими, так и, наоборот, широкими и плоскими.

Если температура в облаке в пределах от -3◦С до 0◦С, то образуются плоские шестиугольники, от -5◦С до -3◦С формируются игольчатые кристаллы, -8◦С до -5◦С образуются столбики – призмы, от -12◦С до -8◦С вновь появляются плоские шестиугольники, от -16◦С до -12◦С  возникают первые звездчатые снежинки. При дальнейшем снижении температуры образуются снежинки всех типов. Кристаллы-столбики, образующиеся в холодных облаках высоко над землей при очень низких температурах, падают на грунт сквозь более теплые облака, при этом на их концах могут вырасти звездочки.

По мере того как снежинка растет, она становится тяжелее и падает на землю, при этом ее форма изменяется. Если снежинка при падении вращается, как волчок, то ее форма идеально симметрична. Если же она падает боком или иначе, то и форма ее будет несимметричной. Падающие кристаллы слипаются, формируясь в снежные хлопья. В каждой такой крупной снежинке содержится от 2 до 200 снежных кристаллов.

К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды — в результате образуются снежинки неправильной формы. Часто считают, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, но это мнение  ошибочно. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными.

Если воздух под облаками прогрет до температуры выше 0◦С, снежинки могут во время падения растаять, тогда выпадает обычный дождь.  

Но если температура у поверхности земли ниже 0◦С, то снежинки благополучно долетают до земли. На земле снежинки постепенно теряют изящную форму, становятся круглыми, лишаются своей живописности.

Так же как историю путешествия градины можно выяснить по ее кольцам, так форма снежинки — это естественная запись ее маршрута по разным облакам с различной температурой. Каждая снежинка неповторима. Посмотрите на неё внимательно, и вы увидите сложную фигуру, где внутри одной звездочки находятся другие кристаллы.

1.4  Исследование снежинок учёными

В 1611 году немецкий исследователь Иоганн Кеплер выпустил свой трактат «О шестиугольной снежинке». Это исследование можно считать первым в истории трудом по изучению кристаллов снега. Кеплер задумался, почему кристаллы всегда имеют форму правильного шестиугольника. Кеплер впервые заинтересовался и природой симметрии снежинок, но объяснить ее не смог. Прошло 300 лет, прежде чем ученые смогли дать ответ на поставленный Кеплером вопрос.

Французский философ и математик Рене Декарт первым подробно описал форму снежных кристаллов — настолько хорошо, насколько это можно было сделать без помощи микроскопа. Его подробные записки 1635 года, содержали описания редких форм снежинок — 12-угольных и столбикообразных.

В 1665 году английский  естествоиспытатель и изобретатель Роберт Гук выпустил огромный том под названием «Микрография». Работа включала изображение всего, что автор мог увидеть благодаря крупнейшему изобретению того времени — микроскопу. В этом альбоме были многочисленные фото снежинок, на которых четко видна абсолютная симметрия и правильная форма снежных кристаллов. Это открытие изменило тогдашние представления о снежинках.

Уилсон Бентли (1865−1931) , американский фермер, занимался фотографированием снежных кристаллов. В 1885 году он получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался изучением снежинок 46 лет. За преданность  своему делу в научном сообществе Бентли получил прозвище «Снежинка».

В его коллекции 5000 снимков, из которых более 2000 были опубликованы в 1931 году в его известной книге «Снежные кристаллы».  Книга издается дополнительными тиражами и по сей день.  На основе его работ было доказано, что не существует двух абсолютно одинаковых снежинок.

Андрей Сигсон (1840-1907), первым из российских фотографов стал снимать снежинки и сделал около двухсот таких снимков. Для получения снимка снежинка помещалась под микроскоп с увеличением от 15 до 24 раз. Чтобы не растопить объект, приходилось охлаждать руки и дышать через трубку, отводящую воздух в сторону. Снимки Сигсона получили признание на многих российских и международных выставках.

Укичиро Накайя стал первым ученым, сумевшим создать систематическое учение о снежных кристаллах. Оно стало огромным прорывом в понимании природы снега. В отличие от Бентли, он фотографировал и изучал все попавшиеся кристаллы, включая не очень красивые и несимметричные. Накайя сумел составить детальный каталог типов снежинок. Настоящим научным триумфом  стало  выращивание им искусственных снежинок в заданных условиях. Это позволило определить зависимость между формой снежных кристаллов и средой их формирования. Работа ученого «Снежные кристаллы: естественные и искусственные», впервые изданная в 1954 году, печатается и в наши дни.

Американский физик Кеннет Либбрехт – первый, кто стал выращивать снежинки заранее заданной формы на заказ. Также он фотографирует снежинки. И четыре его фотографии были отобраны Почтовой службой США в качестве дизайна для марок, выпущенных к зимним праздникам 2006 года. [2]

Глава 2. Практическая часть

2.1  Получаем снежинку в домашних условиях

        Исходя из того, что снежинки образуются при низких температурах, мы предположили, что в домашних условиях, используя морозильную камеру, можно получить снежинки.

На блюдце пипеткой были нанесены капли воды и помещены в морозильную камеру с температурой - 18◦С на 1 час.

При извлечении блюдца  через час, мы обнаружили на месте капель воды льдинки, не похожие на снежинки.

 Вывод: Для образования снежинок недостаточно лишь низкой температуры морозильной камеры. В домашних условиях невозможно воссоздать условия, необходимые для образования снежинок. Капли воды, нанесённые с помощью пипетки, слишком крупные, к тому же, они наносились на плоскую поверхность блюдца.

Для образования снежинок нужен водяной пар, когда мельчайшие капельки воды находятся во взвешенном состоянии. Водяной пар должен пройти через слои воздуха с различными низкими температурами, влажностью, давлением. Наше предположение, выдвинутое в начале работы,  не подтвердилось.

Заключение

В ходе работы, мы узнали, что снежинка — это снежный или ледяной кристалл. Водяные пары конденсируются на поверхности ледяного кристалла. Вариантов, как это произойдет – множество, и до сих пор не удалось найти среди снежинок двух одинаковых.

Основная форма снежинки зависит от температуры, при которой снежинка образуется. Изначально она имеет форму правильной шестигранной призмы. Во время путешествия через слои воздуха с различными температурами и влажностью, грани крохотной снежинки находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях.

Тайну образования снежных кристаллов мечтали разгадать многие ученые: И. Кеплер Р. Декарт, Р. Гук, У. Бентли, А. Сигсон, У. Накайя, А.Заморский, К. Либбрехт.

Снежинка – это чудо природы, и воссоздать снежинку в домашних условиях невозможно. Это возможно лишь в специальных лабораториях.

Список литературы

1.  Детская энциклопедия. Я познаю мир.- М.: АСТ, 2000.
2. Детская энциклопедия. Обо всем на свете. – М.: Московский дом подарков, 2022
3. С.Апрессов. Белая магия // Популярная механика, 2008, №1

Электронные ресурсы

Гидрометцентр России. О погоде - из первых рук. https://meteoinfo.ru/flаkes

Элементы. http://elementy.ru/lib/430557

Научно-популярный журнал: «Как и Почему». https://kipmu.ru/kаk-obrаzuyutsyа-snezhinki/

https://postupivuz.ru/vopros/139.htm