Исследование свойств снега
Автор: студентка 1 курса
Группы ТПП 15 1/9
Буданцева Елена Валерьевна
Научный руководитель:
Преподаватель физики
Кузьмич Геннадий Александрович
Феодосия, 2016
Содержание
1. Введение ….……………………...……………………….…………………….. 3
1.1. Актуальность темы исследования …………………….……………..……. 4
1.2. Обоснование выбора темы исследования ……………………………..….. 4
1.3. Проблема ………………………...………...………………….……………. 4
2. Снег – это… Что такое снег?............................................................................... 5
3. Снег как погодное явление …………………………….…………………… 5-6
4. Виды снегопадов ………………………………………………………….…… 6
5. Типы снега …………………………………………………………………….6-7
6. Исследования снежинок ………………………………..………………….... 7-8
6.1. Образование кристаллов ………………………...…………………….… 7-8
6.2. Разнообразие снежинок ………………………..……………………..….… 8
6.3. Цвет снежинок ……………………………………………………………… 8
7. Хруст снега ………….…………………………………………….…….…… 8-9
8. Таяние и возгонка …..…………………………………………….……..…… 10
9. Снег на других планетах и спутниках ……..……………………………..… 10
10. Снег в строительстве …………….………………………………………..… 11
11. Интересные факты ………………………………………………………...… 12
12. Заключение..……….………………………………………………………… 13
13. Литература ……..………………………………………………………….…. 14
2
Введение
Зима удивительно красивое время года. Вся природа в сказочном убранстве: в белом кружеве деревья, в серебристом инее крыши домов, окна в морозных узорах. Кругом тишина и покой, природа отдыхает, спит.
Я очень люблю зиму. Для меня это самое удивительное время года. Я люблю зимой все: удивительной чистоты, запаха и свежести воздух; невероятной красоты снежинки; поскрипывающий снег под ногами, морозец; зимнее солнце, показывающее нам всю эту природную красоту; зимний лес, с мохнатыми шапками снега на соснах и елях; зимние игры в снежки; прогулки на лыжах, катание с горки; лепка фигур из снега; встреча Нового года; зимние каникулы…
Только зимой бывает снег – это удивительнейшее явление природы. Я часто рассматриваю снежинки, и каждый раз восхищаюсь этой красотой, задаю себе вопросы. Где рождается снег?
Что такое снежинки? Какие они бывают? Как образуются? Какими свойствами обладает снег? Почему снег скрепит под ногами?
Актуальность темы исследования
«Нигде влияние снежного покрова так не велико, как в России, так как нигде нет равнины настолько обширной, отдаленной от морей и покрытой снегом зимой», – писал около 100 лет назад в своей замечательной книге «Климаты земного шара» А.И. Воейков.
Обоснование выбора темы исследования
Все знают, что наша страна самая снежная. Длительность зимы не меньше 4 месяцев. Но не каждый знает о свойствах и образованиях, у многих возникают вопросы. Поэтому в своей работе я хочу рассказать о свойствах снега.
Проблема
Проблема моей работы заключается в том, что многим нравится зима, они видят эту красоту, слышат звуки, но не все знают о свойствах снега. В ходе работы я постараюсь найти интересные факты про снег.
2.Снег — это… Что такое снег?
Снег – атмосферные осадки в виде белых хлопьев, представляющих собою кристаллики льда, а также сплошная масса этих осадков, покрывающая землю зимой.
Мы всегда с нетерпением ждем зиму, ведь с ее приходом идет первый снежок. Кажется, не найдется человека, который не любил бы то время, когда идет снег, укрывая собой землю и деревья сказочным искрящимся ковром. Словно добрый волшебник перенес тебя из обычного мира в таинственную страну, где все блестит и сверкает.
Но часто ли мы задумываемся о том, почему он всегда такой разный? Ведь мы можем наблюдать его мокрым, как, например, тогда, когда лепим снеговика: собирая снег, без проблем делаем из него шары. Но, думаю, многие сталкивались и с таким моментом, когда собрать его в комочек просто невозможно. И таких примеров можно найти множество.
Снег как погодное явление
Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Несмотря на то, что возможны низкие зимние температуры и при отсутствии снега, одно из основных условий климатической зимы – наличие устойчивого (постоянного) снежного покрова, который лежит в течение всей зимы непрерывно или с небольшими перерывами.
Вместе с тем, в некоторых особо теплых регионах планеты (например, на Аравийском полуострове) такое погодное явление, как снег, отсутствует или наблюдается только один раз в несколько десятилетий.
В России постоянный снежный покров устанавливается почти на всей территории страны. Сроки его установки варьируют от года к году и от сроков наступления климатической зимы. В северо-восточных районах (Республика Коми, Красноярский край, Чукотка, Якутия), где климат наиболее суров, снег ложится уже в начале октября и держится местами до начала июня.
Виды снегопадов
Снег характеризуется разнообразными параметрами: толщиной покрова, количеством в нем воды, рассыпчатостью и т.д. Кроме типичных, существуют особые снегопады, связанные с внетропическими циклонами, озерами и горной местностью.
Часто приходящий с циклоном холодный воздух может приводить к эффектам полос выпадения снега над большими водоемами: крупные озера эффективно аккумулируют тепло, что приводит к значительной разнице температур (более 13⁰C) между поверхностью воды и воздухом выше, из-за этой разности температур, тепло и влага перемещаются вверх, уплотняясь в вертикально ориентированных облаках, которые производят снег. Чем сильнее понижение температуры с высотой, тем гуще образующиеся облака и тем интенсивней снегопады.
В горных районах сильные снегопады идут, когда воздух вынужден подниматься в горы и, охлаждаясь, отдавать лишнюю атмосферную влагу, выпадающую в холодных условиях высокогорий на их наветренных склонах в виде снега. Из-за особенностей горного ландшафта прогнозирования сильных снегопадов остается здесь серьезной проблемой.
Типы снега
Типы снега можно обозначить через форму хлопьев, скорость накопления и способы скопления его на земле. Виды снежных осадков, которые, из-за циклов таяния и замораживания, падают в виде шариков, а не хлопьев, известны как крупа. После того как снег оказывается на земле, он может быть классифицирован как порошкообразный, когда он пушистый, гранулированный,
когда он прошел цикл плавления и замораживания, и, в конце концов, - как превращенный в плотный лед после уплотнения и дрейфа вниз в многократных циклах таяния и замораживания.
| Иней, который растет на поверхности снега в связи с водяным паром, поднимающимся на холод в ясные ночи |
| Снежная лавина |
6.Исследования снежинок
Образование кристаллов
| Симметрия снежинки |
кристалл воды имеет форму правильного шестиугольника, на вершины которого впоследствии осаждаются новые кристаллы, причем это происходит непрерывно, из-за чего снежинки имеют самые разнообразные формы.
Разнообразие снежинок
Считается, что найти две одинаковых снежинки невозможно и это, похоже, истинная правда. Кеннет Либбрехт, владелец самой большой коллекции снежинок, заверяет нас, что даже простые снежинки, которые образуются при низкой влажности, внешне выглядят одинаково, однако на молекулярном уровне все равно имеют большие различия.
| Снежинки |
Цвет снежинок
Белый цвет происходит от заключенного в снежинке воздуха. Свет всевозможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95% из воздуха, что обуславливает низкую плотность (100-400 кг/м3) и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).
Хруст снега
При сдавливании снег издает звук, напоминающий скрип (хруст). Этот звук возникает при ходьбе по снегу, надавливании на свежий снег полозьями саней, лыжами, при лепке снежков и т.п.
Скрип снега слышен при температуре ниже -2⁰ (по другим данным, ниже -5⁰). Выше этой температуры скрип не слышен.
Считается, что есть три основных причины возникновения звуков:
• ломанье кристалликов снега;
• скольжение (смешение и трение) кристалликов снега друг о друга под давлением;
• деформация кристаллической решетки.
Основной причиной скрипа (хруста) снега считается именно первая ̶ ломанье кристалликов.
В акустическом спектре скрипа снега есть два максимума: в диапазоне 250-400 Гц и 1000-1600Гц. Характер издаваемых звуков зависит от температуры снега. В начале XX века метеорологи даже предлагали оценивать температуру снега по характеру скрипа. Ломка ледяных сосулек и ломанье льда ледоколом дают похожее распределение частот (125-200 Гц и 1250-2000 Гц), однако в случае льда максимумы более четко выражены и отделены друг от друга. Усиление морозов делает кристаллики более твердыми, но более хрупкими. В результате этого возрастает высокочастотная составляющая (1000-1600 Гц) ̶ скрип сухого, морозного снега. Если же мороз ослабевает, и температура становится выше -6 ⁰C, то высокочастотный максимум сглаживается, а затем и почти полностью исчезает.
Когда снег подтаивает, это влияет и на характер трения снежинок друг о друга: смоченные (смазанные водой) кристаллики издают звук, отличающийся от звука трения сухих снежинок, а выше некоторой температуры снег вообще перестает скрипеть. Это связано с тем, что при определенной температуре снежинки при сдавливании не столько ломаются, сколько начинают подтаивать, энергия сдавливания расходуется не на слом кристалликов, а на таяние снежинок, выделяющаяся вода смачивает снежинки, и вместо сухого трения возникает «скольжение снежинок по смоченной поверхности».
На характер звука влияет также и форма снежинок, а как мы уже знаем – формы они бывают самой разнообразной.
Скрип, похожий на скрип снега, можно получить, если сжимать, например, смешанные соль и сахар. Это использовалось, в частности, при озвучивании фильма «Александр Невский».
9
Таяние и возгонка
В нормальных условиях снег тает при температурах воздуха выше 0 ⁰С. Однако в природе значительные объемы снега испаряются и при отрицательных температурах, минуя жидкую фазу. Этот процесс легко наблюдать самостоятельно. Такой переход от твердого состояния к газообразному называется сублимацией или возгонкой. Особенно интенсивно происходит сублимация снега под воздействием солнечного света.
| Таяние снегового покрова |
9.Снег на других планетах и спутниках
На Марсе выпадает как привычный нам снег, так и снег из твердой углекислоты (помимо постоянных полярных шапок из обычного льда, на Марсе регулярно образуются сезонные шапки из углекислотного, более известного как «сухой» лед).
На Титане, спутнике Сатурна, метан, обычно выпадающий в виде дождя, в холодных областях выпадает в виде снега (подобно тому, как это на Земле происходит с водой).
Тритон, спутник Нептуна, большей частью покрыт слоем снега, что делает его довольно ярким (он отражает около 85% света). Снег Тритона состоит из замерзших азота, воды, углекислого газа, примесей угарного газа, метана и этана. Он имеет розовый оттенок, который ему придают более сложные соединения, образующиеся из метана и азота под действием ультрафиолетового излучения и космических лучей. Толщина слоя снега и льда вблизи полюсов Тритона, вероятно, достигает сотен метров.
Снег в строительстве
Снег, как ни странно, используется в строительстве. Из него делают Иглу – зимнее жилище эскимосов. Данный тип строения представляет собой постройку, которая имеет куполообразную форму. Диаметр жилища составляет 3-4 метра, а высота его – примерно 2 метра. Строятся Иглу, как правило, из ледяных блоков или же уплотненных при помощи ветра блоков из снега. Также иглу вырезают из сугробов, которые подходят по плотности, а так же по размеру.
Для того, чтобы происходил отток излишков углекислого газа и приток кислорода, вход обычно делается ниже уровня пола. Окна делают редко – хватает света, который проникает сквозь ледяные кубы.
Внутреннее помещение чаще всего застилают шкурами животных, иногда это проделывают и со стенами. Для обогрева используются плошки-жирники, из-за чего стены жилища слегка подтаивают, но не тают, поскольку избыток тепла выходит наружу. Именно поэтому внутри образуется вполне нормальная для человеческого тела температура.
На первый взгляд построить иглу очень просто, хотя это совсем не так, в чем могли убедиться многие путешественники. Весь секрет кроется в особой форме плит. Сегодня иглу используется также в лыжном туризме, на случай, если понадобится аварийное жилье, если с палатками возникнут проблемы или продолжать дальнейший путь в ближайшее время невозможно. Чтобы лыжник сумел построить иглу, перед походом проводится специальный инструктаж.
Интересные факты
• «Страна снегов» - поэтическое самоназвание Тибета.
• 31 января 2007 года в окрестностях села Бутакова Знаменского района Омской области выпал оранжевый снег. После исследований узнали, что он не радиоактивен.
• С 2012 года, по инициативе Международной федерации лыжного спорта (FIS), в предпоследнее воскресенье января отмечается «Всемирный день снега».
12
Заключение
Цель и задачи, поставленные в проекте, выполнены. В работе были проведены исследования свойств снега с помощью поиска различной литературы и Интернета, а также своих личных наблюдений на эту тему. Особая актуальность этой темы связана с тем, что, видя снег каждую зиму, мы не задумываемся над такими вопросами как «что такое снег?», «при каких условиях он идет?» и «почему он такой разный?». Как показывают многочисленные исследования снежинок, они действительно различны и найти хоть две одинаковые – ну просто невозможно. Это нам доказывают такие факты, как исследования многих ученых в течение нескольких десятков лет. Также данная работа очень интересна в изучении, так как сразу возникает желание задуматься обо всем окружающем мире. Именно о том, что мы привыкли видеть, мы задумываемся меньше всего. Во время исследования этой темы, лично я вывела для себя много интересного и нового. Как видно из исследования, чем интересней работа, тем больше хочется собрать информации и раскрыть тему.
Выводы из исследования:
• Снег – это вид атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность. Состоит он из мелких кристаллов льда. Снег образуется, когда маленькие капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают.
• Снег белого цвета, непрозрачный, рыхлый и холодный. В теплую погоду хорошо лепится, а в тепле быстро тает.