Учителю
Исследовательские работы учащихся Уварова Тимофея

Исследовательские работы учащихся Уварова Тимофея

Автор публикации: Гаврилова В.Н.

Дата публикации: 19.08.2016

Краткое описание:

предварительный просмотр материала

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Лицей № 101» г. Барнаул

______________________________________________________________________

Исследовательская работа

Как рождается снежинка

Выполнил: ученик 3В класс

МБОУ «Лицей №101»

Уваров Тимофей

Руководитель: учитель

начальных классов

МБОУ «Лицей №101»

Гаврилова Вера Николаевна

Барнаул, 2015

Оглавления

Актуальность

Выпал первый снег. Кружатся в хороводе снежинки, как балерины в белых пачках кружатся тихо, грациозно, изящно. Вращаясь, они опускаются на землю и здесь плотно прижимаются друг к другу, потому что неуютно и страшно им в новой обстановке, потому что тоскливо снежинкам после парения в небесных просторах лежать на стылой земле. Так образуется снег - белая, тёплая перина. После этого снежинки уже кружатся веселее. Ведь внизу они попадают прямо в объятия подружек. От их общей радости и весёлого настроения становится снег пушистым и искристым, как новогодняя игрушка.

Что такое снег? Это много, очень много красивых снежинок; они падают и падают с высоты на землю, на деревья, на крыши домов - чистые, хрупкие, сверкающие.

А что такое одна снежинка? Откуда она берется, где рождается снежинка, какую форму имеют снежинки? Одинаковые ли они, - эти прекрасные чистые сверкающие белые звездочки. Они тоже падают из туч, как и дождь, но только образуются не совсем так, как дождь!

На все эти вопросы я попытался ответить во время исследований, наблюдений, чтения литературы, получения информации из Интернета.

Для большинства россиян снег - дело обычное, кажется, мы всё про него знаем. Падает, кружится, заносит дороги - мы видим это каждый год. А вот чего не видим?

Узоры и лучи у каждой снежинки уникальны. По разным классификациям, существует десятки видов снежинок. Они бывают и треугольниками, и пластинками, и столбиками. Только в одном кубическом метре снега - 350 миллионов снежинок. Но двух одинаковых нет.

Я люблю разглядывать снежинки. Они очень красивые. Будто кружевные, все разные. Иногда они слипаются вместе и большими хлопьями падают на землю. Иногда холодный ветер ломает белые звёздочки, превращая их в мелкую снежную пыль, и тогда их разглядеть очень трудно.

Однажды меня заинтересовали вопросы: Как же образовались снежинки? Почему все снежинки шестиконечные и разные? Почему снег в морозную погоду скрипит под ногами? И я решил найти на них ответы.

Цель: собрать и изучить информацию о снежинках; выяснить, является ли снежинка замерзшей капелькой воды.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Найти информацию, какие ученые занимались изучением снежинок и какие знания о снежинках уже накоплены;
Узнать, как образуются снежинки;
Изучить, чем отличаются снежинки между собой и какую они имеют форму;
Изучить снежинки в разную погоду;
Исследовать, почему снег под ногами скрипит;
Обобщить полученные знания.

Гипотеза: Я считаю, что снежинка - это замерзшая капелька воды. И решил это проверить.

Объект моего исследования: неживая природа.

Предмет исследования: снежинки.

Методы исследования:

анализ найденной информации;
эксперимент по образованию снежинок;
наблюдение за формой снежинок;
наблюдение за громкостью скрипа снега;
обобщение полученных данных.

Интересный факт

Однажды я читал об одном удивительном случае, который произошел в давние времена в Петербурге. Этот случай произошел еще во времена Петра I, на одном придворном балу. В зале было так душно, что от спертого воздуха некоторые дамы стали падать в обморок, и один находчивый кавалер шпагой выбил окно. В залу ворвалась свежая струя морозного воздуха, и… неожиданно для всех в комнате повалил снег, прямо хлопьями!

В те времена, да и много позднее, ученые не могли объяснить себе это странное явление. Потому что долгое время никто не знал, как рождается снег! Раньше думали, что снег - это замерзшие капельки воды. Думали, что идет он из тех же туч, что и дождь. И вот не так давно была разгадана тайна рождения снежинок, и тогда узнали, что снег никогда не родится из капелек воды. Капельки воды могут стать градинками, комочками непрозрачного льда, который идет иногда летом вместе с дождем или во время грозы. Но капельки воды никогда не превращаются в снежинки, красивые шестиугольные звездочки. Все бывает совсем по-другому. Водяные пары поднимаются очень высоко над землей, где царит сильный холод, и здесь сразу же из водяных паров образуются крохотные льдинки-кристаллики. Это еще не те снежинки, какие падают на землю, они еще очень малы. Но шестиугольный кристаллик все время растет, развивается и наконец становится удивительно красивой звездочкой. Снежинки медленно-медленно опускаются, они собираются хлопьями и падают на землю. Когда была разгадана тайна рождения снежинки, стала понятна удивительная петербургская история со снегом.

В зале, где скопилось очень много водяных паров, произошла кристаллизация этих паров, они превратились в снежинки, как только соприкоснулись с морозной струей воздуха, который ворвался с улицы через разбитое окно.

Учёные, которые изучали снежинки

Снежинки, уникальные и неповторимые, во все времена интересовали ученых, и некоторые из них посвятили исследованию ледяных кристаллов всю свою жизнь.

Одним из первых ученых, задумавшихся о структуре снега, был немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер (1571-1630). В 1611 году он опубликовал короткий трактат «Новогодний подарок, или о шестиугольных снежинках», который можно назвать первой научной работой, посвященной снежинкам.

Рене Декарт (1596-1650), французский философ и математик, стал первым, кто подробно описал форму снежинок. Интересно, что в записях Декарта упомянуты даже очень редкие формы ледяных кристаллов, например, увенчанные столбики.

Изобретение микроскопа позволило английскому физику Роберту Гуку (1635-1703) опубликовать в 1665 году работу под названием «Микрография», в которой ученый описал все, что мог исследовать с помощью нового инструмента. В издание вошло множество рисунков снежинок, впервые показавших всю сложность и замысловатость снежных кристаллов.

Одним из первых известных фотографов снежинок стал Андрей Андреевич Сигсон (1840-1907), российский фотохудожник из Рыбинска. Всего ему удалось сделать фотографии около 200 различных форм ледяных кристаллов. Для этого фотограф использовал специальную технологию: снежинки ловились на сетку из шелковинок, затем с помощью микроскопа увеличивались в 5-24 раза. Чтобы хрупкие кристаллы не растаяли во время фотографирования, Сигсон охлаждал руки и дышал через специальную трубку.

Американским же пионером фотографии снежинок стал Уилсон Бентли (1865-1931). За всю жизнь он сделал около 5000 снимков снежинок. 2500 из них были опубликованы в 1931 году в книге «Снежные кристаллы».

Укихиро Накайя (1900-1962), японский физик - первый ученый, который систематизировал знания о ледяных кристаллах. Накайя не только фотографировал снежинки, но и научился выращивать их в лаборатории. Результатом изысканий ученого стала книга «Снежные кристаллы: природные и искусственные», выпущенная в 1954 году.

В наши дни изучение снежинок превратилось в науку. Еще в 1555 году швейцарским исследователем Мангусом были сделаны зарисовки форм снежинок. А в 1955 году русский ученый А. Заморский разделил снежинки на классы и виды.

Есть такая наука, которая изучает свойства льда и снега - гляциология. И учёные-гляциологи тоже делают портреты снежинок. А благодаря этим учёным мы можем узнать, как рождаются снежинки.

Как рождаются снежинки?

Для того, чтобы подтвердить свою гипотезу о том, что снежинка - это замерзшая капелька воды, я провел опыт.

Опыт первый.

Я поймал несколько снежинок на блюдце и принес их в дом - они растаяли и получились маленькие капельки воды (Приложение 1). Я поставил блюдце в морозильник, но когда капельки замерзли, то на их месте образовался лёд.

Вывод: Значит снежинки - это не просто замерзшие капельки воды.

Я узнал из литературы, что снежинки образуются в облаках из маленьких ледяных кристалликов высоко над землей. На очень больших высотах, где температура доходит до минус 40 градусов Цельсия, водяной пар, занесенный туда ветром, может внезапно замерзнуть, формируясь в кристаллики льда. В облаках, расположенных ниже, где температура выше, вода замерзает медленнее, предварительно пристав к какой-нибудь взвешенной в воздухе частице. Температура при этом конечно должна быть ниже 0 градусов Цельсия (то есть точки замерзания воды).Хоть мы и думаем, что снег «чистый», но на самом деле большинство снежинок формируются вокруг мелких частиц грунта, поднятых ветром вверх. Водяной пар может замерзать так же вокруг частиц дыма. Используя очень мощные микроскопы, ученые смогли разглядеть частицы, спрятанные в сердцевине снежинки. При просмотре серии снежных кристаллов обнаружили, что около 3/4 снежинок содержали в центре мельчайшие частицы глины. Так что снежинки - это кусочки почвы, может быть даже с нашего огорода, только покрытые льдом.

Эту информацию подтвердил и второй опыт, который я провел.

Опыт второй.

Для подтверждения моей гипотезы об образовании снежинки из капелек воды путем ее замораживания я проделал следующие действия:

в морозную погоду поставил под куст ведро с теплой водой;
через некоторое время наблюдал образование кристаллов на тех веточках, на которые падал пар.

Рассмотрев через лупу образовавшиеся кристаллы, я пришел к выводу, что снежинки не образовались (Приложение 2). Значит необходимы дополнительные условия для образования снежинки.

Ученые изучили образование снежинок. Водяной пар с поверхности морей и океанов поднимается очень высоко над землей, где царит сильный холод. Здесь из водяных паров образуются крохотные льдинки - кристаллики. Первоначальная форма кристаллика - шестигранная пластинка.

Это еще не снежинки, которые падают на землю, они еще очень малы. Но, опускаясь, снежинка проходит через более теплые и более влажные слои воздуха. К шестиугольной пластинке присоединяются другие кристаллики более простой или наоборот более причудливой формы. Наверное, такие, какие получались из моего пара: в виде иголочек, столбиков, крестиков, ежиков, запонок, крупинок. Все кристаллики присоединяются в строгом порядке, под одинаковым углом, на одинаковом расстоянии.

Теперь я могу сделать вывод о том, что снежинка, увиденная мною в мороз, образовалась из простых кристалликов недалеко от земли. Ей не хватило влаги, хотя мороза было достаточно. Итак, делаю вывод:

снежинки образуются из пара, который поднимается на высоту от 4000 метров и выше;
там при сильном морозе пар превращается в кристаллики шестиугольной формы;
пока они летят до земли, проходят разные слои влажности и обрастают другими кристалликами, растут и становятся пушистыми, причудливыми, разнообразными зимними цветами.

Мы не можем увидеть, как снежинка растёт в небе. Но учёные научились выращивать снежинки в лабораториях. В термобарокамерах, где моделируются условия для изучения ледяных кристаллов, что в Институте экспериментальной метеорологии, можно получить зиму на любой вкус. Лёгкий морозец до -10 или сибирские - 40. Здесь работает одна из самых мощных на планете холодильных установок.

Для образования ледяных кристаллов нужны холод, водяной пар, и, последнее, в камеру вводят ядра, вокруг которых будут расти снежинки.

Внутри - пространство три метра на пятнадцать. В данный момент в Центральной России это замкнутое пространство - по сути, единственное, где царит настоящая зима. Очень холодно, -20, и идёт снег. Его хорошо видно под лазером. Только это не совсем тот снег, который падает на землю. Сейчас мы как бы находимся на высоте десяти километров, в тот самый момент, когда снежинки только рождаются и ещё не успели вырасти. На ощупь они невероятно мягкие, как пух.

В основном, снежинки изучают, чтобы управлять погодой. Например, разрабатываются ракеты и патроны, которые могут предотвращать или вызывать осадки. В камере - модель облака. Зажигается патрон. Распылённое вещество попадает в облако. И тут же появляются тысячи мельчайших ледяных кристаллов.

Я захотел попробовать сфотографировать снежинки. Но в интернете нашел информацию о том, что для фотографирования снежинок необходим мощный фотоаппарат-микроскоп. В Вологде живет ученый Сергей Кичигин, который охотится за снежинками.

Чтобы сфотографировать маленький кристалл, камеру нужно превратить в микроскоп: надевается сразу несколько объективов. Время на съёмку - какие-то секунды, снежинки быстро тают, поэтому нельзя даже дышать.

«В съёмке снежинок сложностей полно. Первая - это то, что хороший снег очень редко бывает. Идеальный снег за зиму может выпасть всего раза два, и длится он всего 5-10 минут. Должен быть не снегопад, а отдельные редкие снежинки, и при температуре минус 15 - самые высокие шансы заснять», - говорит Сергей Кичигин.

Тогда я решил пойти рассматривать снежинки в увеличительное стекло.

Опыт третий.

Чтобы разглядеть снежинки поближе, я взял лупу и пошел на улицу. Все снежинки были совершенно разные и все шестиконечные. Сколько я ни пытался найти одинаковые снежинки, или с другим количеством лучиков у меня ничего не получилось.

Мне стало интересно, как различаются снежинки в теплую и морозную погоду. Рассматривая снежинки в морозную погоду, я заметил, что снежинки в мороз однообразные, неинтересные, в виде узкой, ничем не украшенной пластинки. А в более теплую погоду снежинки мохнатые, опушенные бахромой.

Подтверждение своих наблюдений я нашел в литературе.

Формы снежинок

Среди множества снежинок, выпадающих зимой, не бывает двух совершенно одинаковых. Существуют тысячи видов снежинок. Основная их форма - шестиугольная. На землю они опускаются уже в виде звездочек. Если нет ветра и сильного мороза, то они сохраняют свою форму. Сильный и холодный ветер мешает им быть такими красивыми. Снежинки начинают падать из тучки тогда, когда температура воздуха ниже нуля градусов по Цельсию.

Значит снежинка - это мельчайший ледяной кристалл. Ее образование начинается с роста маленького кристалла, а форма зависит от того, какие грани этого кристалла растут быстрее.

Чтобы понять, почему снежинки шестигранные, нужно учитывать, что снежинки - это замёрзшие капельки воды. Образуются снежинки не из дождя, а из водяного пара. Для выяснения этого факта в своё время, было потрачено много миллионов долларов. А вот белый цвет снежинок обусловлен тем, что снежинки - маленькие кристаллики льда особой формы, поэтому свет отражается от них и делает их белоснежными. При замерзании все молекулы в капельке льда выстраиваются особым порядком, в результате чего образуется специфическая геометрическая фигура, которая является кристаллом. Молекула воды, как говорит нам об этом наука химия, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При замерзании такой состав выстраивается в треугольник или шестиугольник. Каждый такой кристаллик очень мал и невидим без специального оборудования. Такие мини кристаллики движутся в воздухе за счёт воздушных потоков, которые совершают восходящие и нисходящие движения. В процессе такого перемещение происходит их группирование вокруг частички пыли или капельки воды.

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. Таким образом, форма снежинки - это естественная запись её маршрута по разным облакам с различной температурой.

Размер снежинки обусловлен температурой воздуха, при которой происходило её формирование. Чем ниже была температура, тем меньше будет и размер снежинки.

Меня заинтересовал вопрос, можно ли как-то классифицировать разнообразие снежинок. В литературе я нашел много информации о том, что несмотря на уникальность кристаллов, они все же поддаются классификации. Но разные ученые классифицируют снежинки по-разному. Американский ученый Кеннет Либбрехт выдляет 35 типов снежинок; Укихиро Накайя - 41, а самая сложная классификация предложена метеорологами Магоно и Ли в 1966 году - 80 различных видов снежных кристаллов.

Я нашел наиболее простую и интересную классификацию снежинок. Эта классификация, разработанная в 1951 году Комиссией снега и льда Международной ассоциации научной гидрологии, выделяет всего 7 форм снежных кристаллов и 3 вида замороженных осадков.