เกล็ดหิมะ• Arkady Kuramshin •ภาพทางวิทยาศาสตร์ในวัน "องค์ประกอบ" •ฟิสิกส์เคมี

เกล็ดหิมะ

ภาพแสดงเกล็ดหิมะหนึ่งในสัญลักษณ์ของฤดูหนาวและวันหยุดปีใหม่ที่กำลังจะมา ทำไมเกล็ดหิมะจึงมีความสมมาตร 6 เท่า?

เร็วเท่าที่ 2154 โยฮันเนสเคปเลอร์ในงานเซนาเดอ Nive Sexangula เซเลนา (ของขวัญปีใหม่หรือเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม) แนะว่าเกล็ดหิมะประกอบไปด้วยองค์ประกอบที่เรียบง่ายที่สามารถรวมกันเป็นรูปหกเหลี่ยมสมมาตร (ดูค. Schneer, 2503) Snowflake และ Ph Ball, 2011. ในการหวนกลับ: บนเกล็ดหิมะแบบหกเหลี่ยม) การศึกษาเกี่ยวกับสมมาตรทำให้เขาต้องคาดเดาเกี่ยวกับการบรรจุลูกบอลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในอวกาศสามมิติ (ดูสมมติฐานของเคปเลอร์) งานสำรวจของเคปเลอร์ในด้านความสมมาตรถูกนำมาใช้ในภายหลังในทฤษฎีเกี่ยวกับผลึกและการเข้ารหัส เคปเลอร์พูดถูก แท้จริงโมเลกุลของน้ำขึ้นรูปน้ำแข็งถูกจัดเป็นกระจุกคริสตัลโมเลกุลหกเหลี่ยมซึ่งในที่สุดจะกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของเกล็ดหิมะตัวเอง – เกล็ดหิมะ

เกล็ดหิมะสามเหลี่ยม รูปภาพจาก snowcrystals.com

อย่างไรก็ตามเกล็ดหิมะไม่ถึงพื้นโลกหกเหลี่ยมนอกจากนี้ยังมีรูปสามเหลี่ยม พวกเขาเริ่มต้นการเดินทางของพวกเขาเป็นรูปหกเหลี่ยม แต่การไหลของอากาศในบรรยากาศสามารถเร่งการเจริญเติบโตของรังสีสลับสามตัวและคริสตัลจะมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมนอกจากนี้ยังอาจเกิดขึ้นได้ว่าคริสตัลหกเหลี่ยมสองตัวติดกันและเริ่มโตเป็นรูปทรงเป็นรูปเกล็ดหิมะขนาด 12 นิ้ว

เกล็ดหิมะสิบสอง – ray รูปภาพจาก snowcrystals.com

นักพฤกษศาสตร์ชาวญี่ปุ่น Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบว่ารูปเกล็ดหิมะสามารถบอกเรื่องราวของการก่อตัวได้ ในปีพ. ศ. 2473 เขาได้รับการว่าจ้างให้เป็นที่ประจักษ์ในตำแหน่งที่มีแนวโน้ม แต่ปรากฏว่ามหาวิทยาลัยที่ว่าจ้างเขาไม่ได้มีเงินซื้ออุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับงานวางแผนในด้านการวิเคราะห์รังสีเอกซ์ Nakaya ไม่ยอมแพ้และเริ่มทำสิ่งที่ฐานวัสดุของเขาได้รับอนุญาตให้สำรวจเกล็ดหิมะสามัญและปลูกสิ่งประดิษฐ์ขึ้นบนเส้นผมแต่ละตัวของกระต่าย (ดูหนังสือของเขา Snow Crystals: ธรรมชาติและประดิษฐ์ – "Snow Crystals: Natural and Artificial")

เขาค้นพบว่าเกล็ดหิมะแต่ละตัวเริ่มต้นการเจริญเติบโตของมันด้วยการก่อตัวของปริซึมหกเหลี่ยมซึ่งสามารถตราบเท่าที่ดินสอเหลี่ยมเพชรพลอยเหลี่ยมเพชรพลอยและเกือบแบนเหมือนเหรียญหกเหลี่ยม เนื่องจากมุมของรูปหกเหลี่ยมจะถูกระบายความร้อนโดยรอบอากาศมากขึ้นการผูกส่วนต่างๆของน้ำกับมุมจะเร็วขึ้นและเกล็ดหิมะจะงอกขึ้นตามปกติ

การก่อตัวของเกล็ดหิมะ: อนุภาคของอนุภาคฝุ่นซึ่งมีบทบาทเป็นศูนย์กลางของการตกผลึก – ไอน้ำปกคลุมพื้นผิวของฝุ่นละอองและควบแน่นบนพื้นผิวของของเหลว ใน – น้ำแข็งเหลวตกผลึกในน้ำแข็ง ก. – หกมุมของผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นจะเติบโตเร็วกว่าพื้นที่อื่นเนื่องจากมีการระบายความร้อนมากขึ้นและสามารถรับน้ำได้เร็วขึ้น d – การก่อตัวของรูปแบบแบบสุ่มและแบบไม่ซ้ำกันจะเริ่มขึ้น – เงื่อนไขอาจช่วยให้เกิดการเจริญเติบโตของรูปหกเหลี่ยมตัวใหม่รังสีและอื่น ๆ

รูปร่างของเกล็ดหิมะอาจแตกต่างกันมาก ในบรรยากาศชั้นบนผลึกน้ำแข็งเติบโตที่อุณหภูมิและความชื้นแตกต่างกัน เนื่องจากการเจริญเติบโตของพวกเขาภายใต้สภาวะที่ไม่สมดุลทำให้ผลึกที่เกิดขึ้นอาจแตกต่างไปจากภาพตามรูปแบบบัญญัติของเกล็ดหิมะปีใหม่ ในบางเงื่อนไขหกเหลี่ยมน้ำแข็งมีการเติบโตอย่างมากตามแกนของมันและจะมีเกล็ดหิมะเกล็ดหิมะ – เกล็ดหิมะหรือทิวลิปเกล็ดหิมะหรือรูปเกล็ดหิมะ ในเงื่อนไขอื่น ๆ พวกเขาเติบโตขึ้นตั้งฉากกับแกนแล้วรูปเกล็ดหิมะจะเป็นรูปหกเหลี่ยมหรือดาวหกเหลี่ยม หยดน้ำอาจทำให้เป็นเกล็ดหิมะตก – เกล็ดหิมะที่ไม่สม่ำเสมอและไม่สมมาตรจะเกิดขึ้น

เกล็ดหิมะมีรูปแบบใด (การถ่ายภาพแบบเร่งด่วน)

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันจาก Caltech Kenneth Libbrecht นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันจาก Caltech ยอมรับในฟิสิกส์ของ Snow Crystals (2005) กลศาสตร์ที่แน่นอนของการก่อตัวของผลึกน้ำสมมาตร – เกล็ดหิมะ – ไม่เป็นที่รู้จักของเราแม้ในระดับคุณภาพ และเราไม่ได้เข้ามาใกล้เพื่อแก้ปัญหาความลึกลับของการปรากฏตัวของพวกเขาเมื่อเปรียบเทียบกับผลงานของ Nakai

ประเภทของเกล็ดหิมะ รูปภาพของเว็บไซต์ snowsrystals.com

ในช่วงหิมะมันเกือบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะหาคู่ของเกล็ดหิมะที่เหมือนกัน (มันเป็นไปได้ที่จะเติบโตเกล็ดหิมะเหมือนกันเฉพาะในห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้นของเงื่อนไขเป็นไปได้) อย่างไรก็ตามคนมักต้องการหาคำสั่งในความอลวนดังนั้นจึงมีประเพณีอันยาวนานในการจำแนกประเภทของเกล็ดหิมะ ในปี ค.ศ. 1675 ชาวเยอรมัน Friedrich Martens ได้อธิบายถึงเกล็ดหิมะ 24 ชนิด ในปี 1832 ขอบคุณ daimyo Doi Toshitsura จำนวนเกล็ดหิมะเพิ่มขึ้นเป็น 86 (ดูหนังสือ Sekka Zusetu)

"Sekka Zusetsu" – หนังสือญี่ปุ่นเรื่องเกล็ดหิมะเขียนโดย Doi Tositsura ในปีพ. ศ. 2375 ภาพถ่ายจาก digitalcollections.nypl.org

การจัดหมวดหมู่ยังคงดำเนินต่อไปในเวลาของเราและตอนนี้เราสามารถพูดถึงเกล็ดหิมะได้กว่า 100 ชนิดจากดาวเด่นที่มีชื่อเสียงเช่นเดียวกับคอลัมน์ dendrites แบบรวมหกเหลี่ยมตามผลงานของ Nakaya เกล็ดหิมะที่ใหญ่ที่สุดและสวยงามที่สุด ได้แก่ คนที่เราเชื่อมโยงกับวันหยุดปีใหม่เติบโตในเมฆชื้นที่อุณหภูมิประมาณ -15 องศาเซลเซียส

ที่มา: Katrina Krämer อธิบาย: เกล็ดหิมะ // โลกเคมี, 8 ธันวาคม 2560

ภาพถ่ายโดย Alexey Klyatov จาก flickr.com วิธีการยิงเกล็ดหิมะคุณสามารถอ่านในการสัมภาษณ์กับช่างภาพ

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: