Snowflake • Arkady Kuramshin • Gambar Saintifik pada Hari "Unsur" • Fizik, Kimia

Snowflake

Foto menunjukkan salji salji, salah satu simbol musim sejuk dan cuti Tahun Baru yang akan datang. Kenapa salji salji sentiasa mempunyai simetri bersaiz enam?

Pada awal 1611, Johannes Kepler, dalam karyanya Strena Seu de Nive Sexangula (Hadiah Tahun Baru, Atau Pada Hujan Salju Heksagonal), mencadangkan bahawa kepingan salji terdiri daripada elemen mudah yang hanya dapat bersatu dengan angka dengan simetri enam rasuk (lihat C. Schneer, 1960 Snowflake and Ph. Ball, 2011. Diingat semula: Pada Snowflake Enam Penjuru). Kajian tentang simetri membawa beliau kepada spekulasi mengenai pembungkusan bola paling berkesan dalam ruang tiga dimensi (lihat hipotesis Kepler). Kerja perintis Kepler dalam bidang simetri kemudiannya digunakan dalam teori crystallography dan coding. Kepler betul. Sebenarnya, molekul air, membentuk ais, diatur dalam kisi kristal molekul heksagon, yang akhirnya menentukan geometri kristal ais itu sendiri – salji salji.

Salji salji segi tiga. Gambar dari snowcrystals.com

Benar, tidak semua salji salji mencapai bumi heksagon, terdapat juga segitiga. Mereka memulakan perjalanan mereka sebagai heksagon, tetapi aliran udara di atmosfera dapat mempercepat pertumbuhan tiga sinar bergantian, dan kristal kelihatan seperti segitiga.Ia juga mungkin berlaku bahawa dua kristal heksagon melekat bersama dan mula tumbuh sebagai satu, secara rasmi membentuk salji berdua yang berdurasi dua belas.

Salji salji dua belas. Gambar dari snowcrystals.com

Pakar fizik Jepun, Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) adalah saintis pertama yang mengetahui bahawa bentuk salji salji dapat menceritakan kisah pembentukannya. Pada tahun 1930, beliau telah diupah untuk apa yang kelihatan kepadanya kedudukan yang menjanjikan, tetapi ternyata bahawa universiti yang mengupahnya tidak mempunyai wang untuk membeli peralatan yang diperlukan untuk kerja-kerja yang dirancang dalam bidang analisis sinar-X. Nakaya tidak berputus asa dan mula melakukan apa yang bahan asasnya dibenarkan, untuk meneroka kepingan salji biasa dan tumbuh tiruan pada rambut individu arnab (lihat bukunya Salji Kristal: Alam dan Buatan – "Salji Kristal: Alam dan Buatan").

Dia mendapati bahawa setiap salji salji bermula dengan pembentukan prisma heksagon, yang boleh selama pensil faceted, dan hampir rata, seperti syiling heksagon. Oleh kerana sudut-sudut segi enam lebih disejukkan oleh udara di sekelilingnya, pengikatan bahagian-bahagian baru air ke sudut lebih pantas, dan salji salji tumbuh sinar biasa.

Pembentukan kepingan salji: a – zarah debu atmosfera, yang memainkan peranan pusat penghabluran; b – wap air meliputi permukaan habuk, memeluwap permukaannya menjadi cecair; dalam – air cair mengkristal dalam ais; g – enam sudut ais kristal terhasil tumbuh lebih cepat daripada kawasan lain, kerana mereka lebih sejuk dan lebih cepat boleh mengambil bahagian baru air; d – pembentukan bentuk rawak dan tidak berulang bermula – syarat-syarat boleh menyumbang kepada pertumbuhan heksagon baru, sinaran, dan sebagainya.

Bentuk salji salji boleh sangat berbeza. Di bahagian atas atmosfer, kristal ais tumbuh pada suhu dan kelembapan yang berlainan. Oleh kerana pertumbuhan mereka berjalan di bawah keadaan tidak keseimbangan, kristal terhasil mungkin sama sekali berbeza dari imej kanonik salji Tahun Baru. Dalam beberapa keadaan, heksagon ais sangat berkembang di sepanjang paksinya, dan kemudian memanjangkan kepingan salju – salji-lajur-salji atau jarum-salji yang terbentuk. Dalam keadaan lain, mereka tumbuh tegak lurus dengan paksi, dan kemudian bentuk kepingan salju dalam bentuk plat heksagon atau bintang heksagon. Titisan air boleh membekukan kepingan salji yang jatuh – dan salji salji yang tidak teratur dan tidak simetri terbentuk.

Bagaimana salji salji terbentuk (menembak dipercepatkan)

Sebagai ahli fizik Amerika dari Caltech Kenneth Libbrecht, seorang ahli fizik Amerika dari Caltech, mengakui dalam kajiannya Physics of Snow Crystals (2005), mekanik tepat pembentukan kristal air bersimetri – salji salju – tidak diketahui kita bahkan pada tahap kualiti dan kami tidak mendekati misteri penampilan mereka berbanding dengan karya Nakai.

Jenis kepingan salji. Gambar tapak snowsrystals.com

Semasa salji, hampir mustahil untuk mencari sepasang salji salji yang sama (mungkin untuk menanam kepingan salji yang sama hanya di makmal, di mana keadaan kawalan yang lebih ketat adalah mungkin). Walau bagaimanapun, seseorang sentiasa mahu mencari pesanan dalam keadaan huru-hara, jadi terdapat tradisi lama untuk mengklasifikasikan kepingan salji. Pada tahun 1675, Jerman Friedrich Martens menyifatkan 24 jenis kepingan salji. Pada tahun 1832, terima kasih kepada daimyo Doi Toshitsura, bilangan jenis kepingan salji meningkat kepada 86 (lihat bukunya Sekka Zusetu).

"Sekka Zusetsu" – Buku Jepun mengenai kepingan salju, ditulis oleh Doi Tositsura pada tahun 1832. Foto dari digitalcollections.nypl.org

Pengelasan berterusan pada zaman kita, dan sekarang kita boleh membicarakan lebih daripada seratus jenis salji salji – dari dendrit yang terkenal seperti bintang ke lajur enam belah yang disatukan.Mengikut karya Nakaya, salji salji dendrit yang terbesar dan paling indah, iaitu yang kita kaitkan dengan cuti Tahun Baru, tumbuh di awan yang sangat lembap pada suhu sekitar -15 ° C.

Sumber: Katrina Krämer. Penjelasan: salji salji // Dunia kimia, 8 Disember 2017.

Foto oleh Alexey Klyatov dari flickr.com. Bagaimana untuk menembak kepingan salji, anda boleh membaca dalam temu bual dengan jurugambar.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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