Исследовательская работа "Почему снежинки разные?" 3 класс


Почему снежинки разные?
Исследовательская работа
Чита 2012г.
2
Содержание
Введение 3
1. Что такое снежинки? 4
2. Строение и механизм образования снежинки 5
3. Свойства снежинок 6
4 Результаты собственных наблюдений 7
Заключение 8
Выводы 9
Информационные источники 10
Приложения (мультимедийная презентация, иллюстрации)
Введение
3
«Снежинки это письма с неба» - писал японский физик Укичиро Накая
(Ukichiro Nakaya). Снежинка является самым прекрасным из всех явлений
природы. Ее форма и красота восхищает и завораживает. Когда идет снег,
миллионы снежинок выпадают на землю, и все они не похожи друг на друга.
Люди редко разглядывают снежинки, а ведь двух совсем одинаковых
снежинок не найти. В лучших коллекциях микрофотографий насчитывается
более 5 тысяч снимков снежинок, отличных друг от друга.
Все снежинки разные по форме, каждая из них индивидуальна.
Цель работы: подтверждение имеющихся сведений о снежинках
результатами собственных исследований.
Задачи исследования:
1.Рассмотреть снежинки под микроскопом
2.Найти элементы схожести и различий
Объект исследования – снежинки, снег
Предмет исследования геометрическая форма снежинок
Гипотезы:
1.Предположим, что все снежинки одинаковые…
2.Предположим, что все снежинки разные…
Методы:
1.Теоретические: получение информации в научной литературе, в сети
Интернет, журналах «Галилео» и «Вокруг света»
2.Эмпирические: наблюдение в природе за снежинками, изучение их под
микроскопом
4
1.Что такое снежинки, откуда они берутся?
Снежинка сложная симметричная структура, состоящая из
кристалликов льда, собранных вместе. Вариантов «сборки» множество до
сих пор не удалось найти среди снежинок двух одинаковых.
Исследования, проведенные в лабораториях, подтверждают этот факт
кристаллические структуры можно вырастить искусственно или наблюдать в
природе. Существует даже классификация снежинок, принятая
Международной комиссией по снегу и льду в 1951 году. Согласно ей,
выделяют звездчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы,
пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные
формы.
Но, несмотря на общие законы построения, снежинки все равно будут
чуть-чуть отличаться друг от друга даже в случае относительно простых
структур. Кристаллы льда, структурные единицы снежинки, образуются
прямо из пара, пропуская жидкое состояние воды. Сама молекула воды, как
правило, состоит из нескольких частиц. Это два атома водорода и один атом
кислорода. И именно поэтому молекула воды при кристаллизации может
образовать как треугольную, так и шестиугольную форму. Кристаллики воды
при замерзании очень малы, их даже не видно. Эти кристаллики, при
образовании снега, перемещаются в атмосфере воздушными потоками вниз и
вверх. Такие кристаллы не могут образовываться без базы, расти они
начинают на поверхности мельчайших частиц пыли, песка, дыма, которыми
наполнен воздух. Каждая из таких частичек имеет уникальную структуру и
своей формой первоначально направляет рост снежинки, тем самым
предопределяя ее будущую форму.
Снежинки могут иметь формы звездочки, пластинки, пирамиды,
столбика.
5
2. Строение и механизм образования снежинки
Снежинка начинает свою жизнь в облаке, когда вокруг маленькой
пылинки образуется кристаллик льда. Кристаллы льда имеют форму
шестигранника (приложение I). Именно из-за этого большинство снежинок
имеют форму шестиконечной звезды.
Дальше этот кристаллик начинает расти (приложение I). У него могут
начать расти лучи, или у этих лучей начинают появляться отростки, или
наоборот, снежинка начинает расти в толщину. Как именно в данный момент
будет расти снежинка, зависит от текущих условий вокруг снежинки:
влажность, температура, давление, форма снежинки. И даже самые
минимальные изменения этих параметров могут изменить ход роста
снежинки. Условия постоянно меняются. И получается, что снежинка то
растет в ширину, то у нее отрастают лучи (приложение II). В холодную и
сухую погоду снежинки вообще растут в высоту, а не в ширину, и получаются
шестиугольные столбики, выглядящие как хлопья, а не привычные нам
разлапистые звезды.
Направления роста изменений снежинки всегда обусловлены тем, что
кристаллы льда шестиугольные. Два кристаллика не могут соединиться углом,
они всегда присоединяются друг к другу гранью. Поэтому лучи всегда растут
в шесть сторон, а от луча может отходить «ветка» только под углом 60 или
120 градусов.
Поскольку каждая снежинка живет своей жизнью и внешние условия у
них у всех хотя бы минимально, но отличаются, то все снежинки разные. Не
бывает абсолютно одинаковых снежинок каждая из них проходит через
разные сочетания влажности, давления и температуры. Первоначально,
сформировавшийся шестигранный плоский кристалл снежинки теплыми
восходящими потоками воздуха неоднократно перемещается вверх после
некоторого падения, при этом снежинка частично подтаивает, а затем заново
кристаллизуется. Этим и достигается разнообразие форм снежинок, а
ветвление лучей происходи выше описанными механизмами.
6
3.Свойства снежинок
Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всех
возможных частот отражается на граничных поверхностях между
кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95% из воздуха,
что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость
падения (0,9 км/ч). Самая крупная когда-либо засвидетельствованная
снежинка имела диаметр в 38 мм. Она была зафиксирована 28 января 1887
года в США в штате Монтана. После этого самые крупные снежинки
выпадали в Москве 30 апреля 1944 года. Они закрывали ладонь полностью и
были похожи на страусиные перья.
Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.
При падении в воду снежинка создаёт крайне высокий звук, практически
неслышимый для человека, но неприятный для рыб.
Большинство снежинок весит около миллиграмма. Но миллиарды
снежинок способны повлиять на скорость вращения Земли. Феодальный
правитель Страны восходящего солнца Тосицура Онаками Дои с присущим
японцам чувством точности и хрупкой красоты составил 97 рисунков
«снежных цветков». В зависимости от погодных условий, в разных местах
земного шара выпадает «свой» снег.
Так в Прибалтике и в центральных областях России часто можно увидеть
крупные, сложной формы разветвленные снежинки, а иногда — мохнатые
хлопья. При морозе 40°С кристаллики льда выпадают в виде «алмазной
пыли».
В центральной Якутии в ясную морозную погоду выпадают тоненькие
ледяные иголки.
В обычный снегопад мы не задумываемся, что обычная снежинка при
изучении ее в микроскоп, может представлять собой не менее прекрасное
зрелище и поражать нас правильностью и сложностью форм.
7
4.Эксперимент
Оснащение: зеркальный микроскоп «Биолам», предметные стекла,
электрический фонарик, для создания подсветки (приложение III).
Место проведения: спортивно оздоровительный комплекс
«Высокогорье» г. Чита, пасмурный, снежный день (приложение III).
После приезда на место проведения исследования и установки
микроскопа мы забирали падающие снежинки на холодные предметные
стекла и изучали их под увеличением (приложение IV).
Нами было рассмотрено более 200снежинок. В результате проведенных
наблюдений, мы не увидели абсолютно одинаковых снежинок, но все они
были очень похожи друг на друга и вписывались в форму шестигранника.
8
Заключение
Почему все снежинки такие разные?
Таким образом, в результате проделанной работы нами выполнены все
задачи исследования. Мы рассмотрели снежинки под микроскопом, нашли
признаки сходства и различия. Добились поставленной цели: результатами
собственных исследований подтвердили имеющиеся сведения о снежинках.
Сначала все зародыши снежинок похожи на крошечные шестиугольные
призмы. Потом из шести углов призмы начинают расти совершенно
одинаковые ледяные иголочки боковые отростки. Одинаковые иголочки
потому, что температура и влажность вокруг зародыша тоже одинаковые. На
них в свою очередь вырастают, как на дереве, боковые отростки веточки.
Снежинка начинает интенсивно увеличиваться в размерах. При этом
выпуклые участки снежинки растут быстрее. Так, из первоначально
шестигранной пластинки вырастает шестилучевая звездочка.
Передвигаясь вверх и вниз в облаке, снежинка попадает в условия с
разной температурой и содержанием водяного пара. Ее форма меняется. Так
снежинки становятся разными. Хотя в одном облаке на одной высоте они
могут «зародиться» одинаковыми.
Путь до земли у каждой снежинки свой. А значит, у каждой и своя
окончательная форма. Снежинки падают со скоростью примерно 15 метров в
минуту. Они почти не связаны между собой, и даже небольшой ветер 2 метра
в секунду приводит их в движение. В воздухе форма снежинок непрерывно
меняется.
На образование и рост снежинок влияет множество факторов.
9
Выводы
1.Двух одинаковых снежинок не бывает, так каждая снежинка растет
своим путем, подчиняясь законам физики.
2.Снежинки все имеют форму шестигранника и этим похожи друг на
друга.
Исходя из сделанных нами выводов, каждая из выдвинутых нами гипотез
по-своему верна, и является относительной.
Практическая значимость нашей работы заключается в том, что зная о
механизме образования снежинок и особенностях климата той или иной
местности (температура, влажность, скорость ветра и т.д.) можно определить
характер выпадаемых осадков в холодное время года и спланировать тип
одежды, характер работы и досуга для местного населения.