Физики объяснили почему снег треугольный

30 ноября, 15:42 | Юлия Зарицкая

Американским физикам удалось установить причину распространенности треугольных снежинок в природе. Статья ученых еще не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

 

С точки зрения кристаллографии наиболее естественной является форма снежинок, обладающая "шестиугольной" симметрией. При этом, однако, в природе широко распространены треугольные снежинки (разнообразные формы снежинок можно посмотреть тут). Причины этого до недавнего времени оставались неясны.

 

В рамках работы ученые представили количественные оценки воздействия различных факторов на рост снежинки. По мнению физиков, основных параметров два: динамика диффузии молекул воды в воздухе и динамика поведения тех же молекул на поверхности кристалла.

 

Физикам удалось установить, что эти параметры непосредственно определяются воздушными потоками, окружающими снежинку. В частности, они рассчитали, каким образом возмущение воздушного потока с одной стороны снежинки влияет на ее форму. Свои теоретические предсказания ученые проверяли при помощи специальной "снежной машины" - камеры, в которой можно контролировать рост снежинок.

 

В результате выяснилось, что треугольные снежинки являются устойчивыми, то есть возмущения потока не приводят к изменению формы снежинки. Именно этим, по мнению ученых, объясняется распространенность треугольных снежинок.

 

Совсем недавно ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. По словам исследователей, ничего подобного ранее сделать не удавалось. Работа исследователей появится в журнале Nature Materials, а ее препринт доступен на сайте Университетского колледжа Лондона.

 

В рамках исследования ученые получали сверхтонкий слой льда на металлической поверхности. Для этого специально подготовленная медная поверхность при температуре минус 172 градуса по Цельсию обрабатывалась водным паром.

 

В результате подобной обработки на поверхности образовывались одномерные ледяные структуры толщиной всего в один атом и шириной около нанометра. При помощи сканирующего туннельного микроскопа и инфракрасной спектрометрии исследователям удалось установить, что цепочки состоят из пятиугольников (см. иллюстрацию), в вершинах которых находятся молекулы воды.

 

Ранее предполагалось, что при образовании упорядоченной структуры льда молекулы воды собираются в шестиугольники (на результаты можно посмотреть здесь).

 

Теоретический анализ, проведенный авторами работы, показал, что пятиугольники образуются в результате взаимодействия воды с металлической поверхностью. Согласно вариационным принципам в физике, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией. При взаимодействии воды с поверхностью описанная пятиугольная структура формируется именно потому, что обеспечивает льду минимальное возможное значение потенциальной энергии.

 

По словам исследователей, формирование ледяных кристаллов играет значительную роль в биологии и науках об атмосфере. Новые результаты позволят лучше понять, каким образом вода замерзает в присутствии каких-либо примесей.

По материалам Лента.ру


      



................

Новости партнеров
...
...
...
...
...
Горячие темы
Новости партнеров
 


Каркасные дома

  
×
Читаем также: