- Marta Bartošovičová külső szerkesztő
- 2018. február 7
A hópehely elnevezésével valójában jégkristálynak hívjuk. A megdermedt vízmolekulák pontosan hatszögletű elrendezésben kapcsolódnak egymáshoz, amely egy tipikus formában látható, amelyet axiális szimmetria jellemez hat különböző tengely mentén, a képződés közepén egy közös ponttal, amely szerint az egész képződés középen szimmetrikus.
A hópehely azonban általános név minden télen a felhőkből lehulló hócsomóra is. Gyakran több száz jégkristály csoportjai, amelyek különböző tényezők miatt egyesülnek a földre hullásuk során.
Hópehely geometria
A központi szimmetriát két axiális szimmetria alkotja, amelyeket egymásra merőleges és a szimmetria közepén metsző tengelyek határoznak meg. Nem minden hópehely formája hatágú csillag. Közelebbről megvizsgálva néhányat, különböző formákat és formákat fog megfigyelni.
Miért hatszög?
A hatványos szimmetria, amelyet a hópelyheken csodálunk, a jégkristály szerkezetében lévő vízmolekulák szerkezetének köszönhető. Ahogy növekszünk, hatszögeket figyelünk meg, de a jégkristály háromdimenziós forma, apró test az űrben, és ilyen test minden hópehely. A csillag hópelyhek vékony jégszeletek. Azonban nem minden pelyh, amely a havazás idején a felhőkről esik a földre, ilyen.
A legegyszerűbb hópelyhek azok a hatszögű prizmák, amelyek két hatszögletű talppal és hat téglalap alakú oldalfallal rendelkeznek. Különböző dimenziók lehetnek, hosszúak és vékonyak, vagy alacsonyak és merészek, vagy bármi közte. A jégkristály lassú fagyasztásának, kristályosodásának és növekedésének eredményeként jönnek létre, és általában nagyon kicsiek.
Jég morfogenezise
Az egyszerű jégprizma átalakulása bonyolult alakú csillagpehelygé hat szegmenses karral a fizikai morfogenézis példája. Ez egy olyan folyamat, amelynek során az élettelen, formátlan anyagból spontán módon egy komplex forma és forma formája jön létre, amikor a kezdeti káoszból egy bizonyos pontos törvény és rend, egy szerkezet keletkezik. Számos példa van olyan természetes folyamatokra, ahol megfigyelhetjük ezt a folyamatot: hullámok tavakon, csíkos minták hófúvásokon vagy homokdűnéken, vagy különféle geometriai minták a gabonamezőkön, amelyeket állítólag idegenek hoztak létre. A hópelyhek azonban egyedülálló példát jelentenek a fizikai morfogenezis folyamatának, formáik és mintáik látszólag végtelen sokfélesége miatt.
Hogyan alakulnak ki a pelyhek
A jégkristály hat csúcsa kissé gyorsabban növekszik, mert jobban kiáll a nedves levegőbe az űrben. Így a karok csírái növekedni kezdenek. Amint a kristály fokozatosan növekszik, a magok megnagyobbodnak, és más karok oldalsó magjai ismét növekednek a csúcsukon. Ennek a folyamatnak az állandó megismétlésével végül létrejön a hópehely összetett, összetett alakja. Minél gyorsabban nő a kristály, annál összetettebb az alakja. A nagyobb hópelyhek elágazóbbak, alakjuk összetettebb és a minták csodálatra méltóbbak.
Káosz és rend
Az oldalkarok kialakulása gyakran kaotikus. Amikor a jégkristály rendkívül gyorsan növekszik, az oldalkarokat véletlenszerűen helyezik el, néha egyáltalán nem szimmetrikusak, és maguk a karok aszimmetrikusak. A káosz és a rend is szerepet játszik a hópelyhek növekedésében, ezért a mintáik annyira szokatlanok és érdekesek. A jégkristályok hatszög alakú prizmatikus szerkezete a kristályosodás természetes törvénye. Ezt kaotikusan megzavarja a növekedési sebesség, amely a karok artikulációját és szerkezetének bonyolultságát okozza. Ez a két természeti erő együtt egy gyönyörű, bonyolult szimmetrikus hópehelyszerkezetet hoz létre.
A hópelyhek bonyolult formájában hasonlítanak a fraktálokra. Az eredeti alakjuk csökkentett példányainak felosztásának és megismétlésének kaotikus módjából fakadnak, ezt az elvet önhasonlónak nevezzük.
Különböző formájú és formájú hópelyhek
35 különböző forma van meghatározva. Alap alakjuk szerint nyolc fő csoportra oszthatók: csillag alakú dendritek; oszlopok és tűk; sapkák; páfránycsillag alakú dendritek; gyémánt kristálypor; háromszög alakú kristályok; tizenkét karú hópelyhek; pehely innovációval és jégesővel.
Csillagos dendritek a hópelyhek leggyakoribb alakja egy csillag, amelyet karok és oldalkarok alkotnak, amelyek hasonlítanak egy fa alakjára (a "dendrit" jelentése arboreal). Ezek nagy pelyhek, amelyek hideg időben esnek -15 ° C körüli hőmérséklet mellett.
Oszlopok és tűk - oszlop alakú hópelyhek körülbelül -6 ° C hőmérsékleten jelennek meg. Viszonylag kicsiek, és megfigyelhetjük őket, mint apró fehér szőrszálakat, könnyű hóban hullva. A hosszú vékony oszlopokat tűkristályoknak nevezzük. Néhányuknak mindkét végén kúpos furatai vannak.
Sapkás bejegyzések - A hópelyhek ilyen formái nem túl jellemzőek, de a valóságban nem nehéz felfedezni őket, amikor tudod, mire kell figyelni. Akkor keletkeznek, amikor a pelyhek nőnek az utazás során különböző hőmérsékletű rétegeken keresztül. Az oszlop körülbelül -6 ° C hőmérsékleten kezd növekedni, a végén lévő sapkák pedig -15 ° C hőmérsékleten nőnek.
Páfránycsillag alakú dendritek - ezek a kristályok csillag alakú dendritekre hasonlítanak, de nagyobbak, és markánsabb karjaik vannak, sok levéllel. A forma hasonlít a páfrány leveleire. Ha alaposan megnézi, látni fogja, hogy az oldalkarok szinte párhuzamosak a szomszédos főkarokkal. Nem egészen szimmetrikusak, az oldalkarok gyakran szabálytalanok. Nagy pelyhek, átmérőjük legfeljebb 5 mm.
Gyémánt kristálypor - ezek az apró jégkristályok apró csillogó pornak tűnnek a napfényben. Innen ered a nevük. Ezek a legkisebb hópelyhek, sokuk átmérője kisebb, mint az emberi haj átmérője. Zord hideg időben jelennek meg. Az alapforma egy vékony hatszögű prizma, tökéletesen szimmetrikus vékony jégszelet.
Háromszög alakú kristályok - Ezeknek a hópelyheknek a szokatlan formáit az aerodinamikai hatás hozza létre. Általában kicsi, csonka háromszögek, néha hatszögletűek és furcsa szimmetrikus formákat alkotnak.
Tizenkét fegyveres hópelyhek - ha két hatkarú hópehely összetapad a földön, tizenkét karú hópehely keletkezhet. Úgy tűnik, hogy ilyen ütközés csak ritkán fordul elő, de a valóságban egyáltalán nem nehéz felfedezni a pelyhek ilyen formáit erős havazás idején.
Pehely innovációval és jégesővel - a vízcseppek által képzett felhőkben képződő jégkristályok gyakran ütköznek ezekkel a cseppekkel, és a jégcseppek megfagynak. Fagyasztott cseppeket hívunk innovációra. Előfordulhat, hogy nincs újítás a kristályokon, vagy csak néhány csepp van, és néha teljesen be van fedve az innovációval. A buborékokat újítónak nevezzük búzadara vagy gleccser.
Téma Hópelyhek - mindegyik valóban egyedi? az alkalmazott matematika területén sikeres tudós ismertette doc. RNDr. Daniela Velichová, CSc., 2018. január 30-án 9.00 órakor a Szlovák Köztársaság Tudományos és Műszaki Információs Központjában található pozsonyi tudományos cukrászdában. Beszédének címében arra a kérdésre, hogy minden hópehely egyedi-e, azt mondta: „Igen és nem! Nincs két egyforma hópehely. Azonban csak néhány alapformát és alakzatot ismerünk fel. Bizonyos körülmények között keletkeznek a vízgőz és kis vízcseppek kristályosodása során, és egy bizonyos hőmérsékleten. A szabályos hatszögletű szimmetrikus alakot kaotikusan zavarja a fizikai körülmények hatása. Ezért olyan változatos és véletlenszerű a hópelyhek alakja. "
Doc. RNDr. Daniela Velichova, CSc., Pozsonyból származik. Matematikát és leíró geometriát tanult a pozsonyi Comenius Egyetem (Nagy-Britannia) Természettudományi Karán. A Pozsonyi Szlovák Műszaki Egyetem (STU) Gépészmérnöki Karának Matematikai és Fizikai Intézetének vezetője. Az egyetemen végzett tanítás mellett az európai mérnökök matematikai oktatásának területén tevékenykedik az SEFI európai szervezeten és az Európai Nők Matematikában EWM szervezetén belül. Kutatása főleg az alakzatok geometriájára és geometriai modellezésére, a számítógépes grafikára, az e-tanulásra és a webalkalmazások fejlesztésére irányul. Mintegy 200 publikáció szerzője ezeken a területeken. Számos uniós hazai kutatási feladatban és projektben vett részt, amelyek a VEGA, a KEGA, az APVV, a Socrates, a Minerva, a Leonardo da Vinci, az Erasmus és az FP6 programok részesei voltak.
Felkészítő és kiadó: Marta Bartošovičová, NCP VaT, a CVTI SR
Fotó: Ján Laštinec, NCP VaT, CVTI SR
Képek: dok. Előadásából RNDr. Daniela Velichová, CSc.