Марина Шкерина
Исследовательский проект «Почему снег белый?»
Проект выполнен совместно с ребёнком.
Введение
Наступила зима. На улице стало холодно. Белым пушистым одеялом покрылась вся земля, все деревья. Падают белые снежинки, ложатся на землю, на крыши домов, на деревья, на людей. Снежинки похожи на белые звёздочки. Они тихо падают на землю.
Я очень 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 утром я проснулась и выглянула в окно. Я увидела, что все вокруг: земля, деревья, крыши домов, стало белым. Это выпал первый снег. Я задумалась: «А почему снег белый?» И я решила исследовать эту проблему.
Данная проблема позволила сформулировать тему исследования: «Почему снег белый?»
Определившись с темой, поставила перед собой цель: изучение и проведение опытов для ответа на вопрос «Почему снег белый?»
Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:
1. Изучить литературу, которая рассказывает о снеге.
2. Доказать экспериментальным путем «Почему снег белый?»
3. Обобщить полученные знания.
Объект исследования: снег.
Предмет исследования: состав снега
Гипотеза: предположим, что белый цвет снега связан с отражением света.
Методы исследования:
1. Изучение литературы по теме
2. Наблюдение за объектом исследования
3. Проведение опытов
4. Анализ результатов и выводы по проведенному исследованию
Глава I. Теоретическое обоснование экспериментальной работы.
1.1 Что такое снег?
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. И вот он выпал – этот удивительный снег. Улегся «великолепными коврами», белой пеленой укрыл землю. Выпавший снег засыпал все ямы, канавы, сравнял бугорки – полностью преобразил равнину. Еще больше преобразился лес. Снег рассыпался белыми клоками по ветвям деревьев, прикрыл белым одеялом упавшие на землю листья и сучья, улегся высокими сугробами в кустарниках. Внимательному глазу он открыл многие тайны лесной жизни – все, что произошло, отпечаталось на снежном покрове, оставило на снегу следы.
Значение слова «снег» я нашла в «Современном толковом словаре». Снег – это твёрдые атмосферные осадки, состоящие из мелких кристалликов льда, выпадающие из облаков при температуре ниже 0С. Снег образуется при замерзании водяного пара, содержащегося в атмосфере. Вначале появляются крошечные кристаллики. Следуя за воздушными течениями, они перемещаются во всех направлениях. Постепенно кристаллики «приклеиваются» друг к другу, пока их не наберётся сотня или больше. Когда размеры смёрзшихся льдинок оказываются достаточно большими, они начинают опускаться к земле. Эти скопления льдинок мы и называем снежинками.
1.2 Откуда берутся снежинки?
Снежинка - это замороженный кристалл воды, имеющий форму шестилучевого многогранника.
Водяной пар поднимается высоко над землей. Вверху очень холодно, и из него образуются льдинки – кристаллики. Они очень маленькие. Это ещё не снежинки. Падая вниз, кристаллики быстро увеличиваются. Это происходит потому, что в воздухе много водяного пара, который оседает на их поверхность и замерзает. Так льдинка-кристаллик становится красивой, нежной снежинкой.
Снежинок так много и все они разные - нет ни одной одинаковой.
Самая крупная когда-либо засвидетельствованная снежинка имела диаметр в 12 см. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.
Кристаллы, из которых состоят снежинки, имеют определённую форму. Это или шестиконечная звезда, или тонкая пластинка, имеющая форму шестиугольника. Дело в том, что основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника.
В 1885 году американский фермер Уилсон Бентли получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим 46 лет и сделал более 5000 уникальных снимков. На основе его работ было доказано, что не бывает двух одинаковых снежинок.
При разной температуре образуются кристаллы различной формы
Самые красивые снежинки выпадают там, где климат суровее - к примеру, на севере.
В зависимости от погодных условий в разных местах выпадает «свой» снег.
Для формирования крупных хлопьев снежинок необходимо полнейшее безветрие, чем дольше снежинки путешествуют, тем больше сталкиваются и сцепляются между собой.
При низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков – «алмазной пыли».
1.3 Классификация снежинок.
Призмы - бывают, как 6-угольные пластинки, так и тонкие столбики с 6-угольным сечением. У призм крошечные размеры, их почти не видно невооруженным глазом. Грани призмы, очень часто украшают различные сложные узоры.
Иглы - тонкие и длинные снежные кристаллы, они образуются при температуре примерно -5 градусов.
При рассмотрении они похожи на маленькие светлые волоски.
Дендриты - или древоподобные, имеют ярко выраженные разветвляющиеся тонкие лучи. Чаще это крупные кристаллы, их можно увидеть невооруженным глазом. Максимальный размер дендрита может достигать 30 см в диаметре.
12-лучевые снежинки - иногда столбики с наконечниками формируются с поворотом пластинок относительно друг друга на 30 градусов. Когда из каждой пластинки вырастают лучи, получается кристалл с 12 лучами.
Полые столбики - внутри столбиков с шестиугольным сечением, бывает, образуются полости. Интересно, что форма полостей симметрична относительно центра кристалла. Необходимо большое увеличение, чтобы рассмотреть полочти в маленьких снежинках.
Папоротникообразные дендриты - этот тип один из самых крупных. Ветки звездчатых дендритов вырастают тонкими и очень частыми, в итоге снежинка начинает быть похожей на папоротник.
Кристаллы неправильной формы - снежные кристаллы зачастую бывают маленькими, несимметричными и сросшимися друг с другом. Чтобы получились красивые симметричные кристаллы, нужно чтобы было удачное стечение многих погодных обстоятельств.
Треугольные кристаллы - такие снежинки формируются при температуре около -2 градусов. На самом деле - это шестиугольные призмы, часть сторон которых значительно короче других. А вот на гранях таких могут вырасти лучи.
Пулеобразные розетки - иногда при образовании кристаллов они могут срастаться и увеличиваться в случайных направлениях. Такие образования легко разламываются на отдельные кристаллы, похожие на пули. Отсюда и такое необычное название.
1.4 Почему снег белый?
Когда русского человека просят представить себе зиму, первым делом он видит в своем воображении снег, белоснежный покров, который окутал все кругом. Мы настолько привыкли к цвету снега, что даже не задумываемся, почему снег белого цвета. Оказывается, все цвета, воспринимаемые нами, зависят от солнечных лучей. Черные предметы полностью поглощают солнечный свет, поэтому и воспринимаются нами черными. А если предмет полностью отражает лучик солнца, то цвет нам будет казаться белым.
Снег – это замёрзшая вода, а как мы знаем, лёд бесцветный. Почему же снег белого цвета? Из Интернета и детской энциклопедии «Всё обо всём» я узнала, что снежинки на 95% состоят из воздуха. Кристаллики снежинок не гладкие, а имеют грани. Отражение света от граней этих кристаллов делает снег белым. Лед остается бесцветным, так как пропускает через себя весь солнечный луч. Да и каждая снежинка пропускала бы через себя весь свет и также не имела бы цвета. Но снежинки обычно падают друг на друга в беспорядочном движении. А уже вместе они становятся непрозрачными, а белыми. Чтобы разобраться, почему снег белого цвета, почему он отражает лучи солнца, нам надо посмотреть на состав снега. Снег образуется из снежинок, а снежинки - из огромного количества кристаллов. Эти кристаллики не гладкие, а с гранями. В этом-то и кроется ответ на наш вопрос, почему снег белый. Именно от граней отражается солнечный свет. Вода в атмосфере - это пар, она замерзает, и образуются прозрачные кристаллики. От движения воздуха кристаллы свободно перемещаются то вверх, то вниз. В этом хаотичном движении кристаллы соединяются друг с другом. И когда, наконец, собирается слишком много кристаллов вместе, тогда они начинают падать на землю уже в виде привычных нам снежинок. Получается, цвет снега белый, потому что и свет солнца, который он отражает, является белым. Подумайте, если бы луч солнца стал зеленым или желтым, тогда и цвет снега был таким же. Наверняка, многие замечали, что во время восхода или заката, нам кажется, что лучи солнца становятся розоватыми, вот и снег в этот момент видится нам розовым.
Интересные факты:
№1: Знаете ли вы, что снег не всегда бывает белым? Во многих регионах мира людям приходилось видеть его красным, зеленым, голубым и даже черным! Причиной подобного разнообразия цветов являются крошечные бактерии, грибки, а также пыль, содержащиеся в воздухе и поглощаемые снежинками, когда те опускаются на земную поверхность.
Вывод по I Главе
1. Я узнала, что снег – это твёрдые атмосферные осадки, состоящие из мелких кристалликов льда.
2. Каждая снежинка – это совокупность маленьких льдинок.
3. Снег образуется из снежинок, а снежинки - из огромного количества кристаллов.
Глава II. Организация опытно – экспериментальной работы
по проблеме «Почему снег белый?»
Из своих наблюдений, изучая литературу, я узнала о том, что любая снежинка имеет форму шестиконечной звездочки. Вне зависимости от формы снежинок, они все белого цвета. И снег белый-белый, а если светит солнце, то он становится ослепительно белым. Почему? Снежинка состоит из кристалликов льда и воздуха, свет, попадая на лучики снежинки, отражается от них, рассеивается и воспринимается нами как белый. А когда на кристаллики попадает солнечный луч, то он отражается от него и слепит наши глаза.
Я решила провести опыты, чтобы доказать, что снег действительно белый.
2.1 Проведение опытов для ответа на вопрос «Почему снег белый?»
Как я проводила опыты
Опыт №1
Я положила снег на красный картон, сравнила его с белым листом бумаги. Вывод: Снег белого цвета.
Опыт №2
Я взяла прозрачный полиэтиленовый пакет. Нарезала его на мелкие кусочки. Каждый кусочек – это «снежинка». Сложила все кусочки в прозрачный стакан. Они расположились по-разному.
Результат: «снег» в стакане белого цвета.
Опыт №3
Налила воду в стакан и поставила в морозильную камеру. Вода превратилась в прозрачный лёд. Мама разбила лёд на мелкие кусочки. Он стал белым.
Заключение
Кусочки полиэтиленового пакета и кусочки льда по отдельности прозрачные. Свет проходит через них и не отражается. Когда кусочки пакета и лежат хаотично (по-разному, они отражают свет в разных направлениях.
Вывод
Снег белый, потому что каждая снежинка отражает свет в разные стороны. Научным языком – «свет рассеивается». От этого снег белый.
Снег делает зиму белой, он будто скрывает темноту и грязь осени, поэтому приносит столько радости. Особенно его любят дети. Для них снег - одна из главных зимних забав. Из него детвора делает крепости и снеговиков, катается по нему на лыжах и санках или без видимой цели просто барахтается в нём часами. Немудрено, что наступает момент, когда малыши начинают интересоваться у родителей, почему снег белый.
Природа света и его роль
Чтобы ответить на этот вопрос исчерпывающе и доступно, взрослые должны владеть определёнными знаниями о свете, восприятии цвета и снеге. Но начать нужно с видимого света. Всё вокруг пронизано электромагнитными волнами, однако люди способны видеть лишь их мизерную долю. Видимая часть спектра состоит из волн длиной от 550 до 630 нанометров.
Все, что находится вне этого узкого спектра, остается невидимым для человеческого глаза. Правда, волны могут ощущаться иными органами чувств, например, ультрафиолет невозможно увидеть, но он греет кожу и даже может обжечь ее, если долго находиться на солнечном пляже.
Зрение - бесценный дар природы , благодаря которому у людей есть возможность создавать устойчивую картину бытия и познавать мир. Однако без света человеческое зрение превращается в бесполезный инструмент. Это легко показать ребёнку, зайдя в комнату, где нет окон, например, в ванную комнату. Пока горит свет, предметы вокруг видны, их цвета различимы. Но стоит лампочке погаснуть, комната погружается в непроглядную тьму, все вещи и цвета перестают существовать для зрения, пока их снова не осветит солнце, живой огонь или электрическая лампочка.
При близком изучении отдельной снежинки можно увидеть, что она прозрачная. Но снег, который состоит из тысяч и тысяч прозрачных снежинок, имеет белый цвет. Как так получается?
Дело в том, что свет имеет различную длину волны. Каждой длине волны соответствует свой цвет. Распределение цветов по длинам волн можно посмотреть на картинке ниже.
Одни материалы могут поглощать волны определенной волны, а другие их отражают. Именно поэтому предметы имеют различные цвета. Например, некоторые материалы отражают короткие волны синего цвета, а волны длиннее поглощаются, поэтому мы видим предмет синего цвета. Другие материалы имеют красный цвет, так как отражают только длину волны, характерную красному цвету. Материал, отражающий все падающие на него волны, будет обладать белым цветом, а материал, который поглощает все волны, будет выглядеть черным.
Снег, как известно, — это замерзшая вода. Если посмотреть на воду, то можно убедиться, что она прозрачная, а это значит, что световые волны проходят сквозь нее. Поэтому нет ничего удивительного в том, что и снежинка прозрачная. Если пропустить луч света через одну снежинку, он не отразится, зато, пройдя сквозь мельчайшие кристаллы льда, преломится под углом. Не зря говорят: «нет двух одинаковых снежинок», ведь все они имеют разнообразную и неповторимую форму. При попадании луча на другую снежинку он опять преломится под каким-либо углом, затем ещё и ещё и так до тех пор, пока не попадет к нам на сетчатку, а наш мозг интерпретирует полученную информацию как белый цвет.
Только что выпавший и не содержащий примесей снег преломляет световые волны до тех пор, пока они не отразятся обратно, поэтому он и кажется абсолютно белым. Но иногда даже на чистом снеге можно заметить некоторый синеватый оттенок. В этом случае всё зависит от плотности выпавшего снега (если исключить наличие примесей). Если он достаточно рыхлый, то длинные световые волны проникают в него чуть глубже, в то время как короткие, преимущественно синего цвета, остаются на поверхности. Их мы как раз и наблюдаем.
Иллюстрация: depositphotos.com
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Откуда берётся снег?
Зимой снег падает с неба в виде кристаллов льда.
Водный пар перемещается от земли до уровня атмосферы, образуя облака. Облака образуются в течение всего года, независимо от температуры.
Снег — это тот водяной пар, который в атмосфере замерзает в кристаллы льда. Иногда бывает, что одну снежинку формирует целых 200 крошечных кристаллов льда, сложенные вместе, они образуют снег.
Почему идёт снег зимой?
Когда в воздухе имеется минимальное количество влаги, а температура воздуха становится ниже температуры замерзания (0 градусов Цельсия или 32 градуса по Фаренгейту) и температура земли устойчиво находится ниже нуля, конечно же, на землю падает снег: не тяжёлые водяные капли дождя, а лёгкий белый снег снег достигнет земли.
Почему снег белый?
Снег фактически бесцветен. Видимый солнечный свет белый. Большинство натуральных материалов поглощают некоторый спектр солнечного света, это и придаёт им цвет. Из-за поглощающей способности. каждая вещь имеет свой цвет. Однако снег отражает большую часть солнечного света. Сложная структура снежных кристаллов приводит к бесчисленным крошечным поверхностям, которые эффективно отражают видимый свет. Мало солнечного света поглощается снегом (и поглощается равномерно по длинам волн видимого света), тем самым придавая снегу его белый цвет.
Какой формы кристаллы-снежинки?
Снег приходит в разных кристаллических формах. Часто снежинки изображаются как звёздные дентиты. Однако, снег имеет различные формы: это могут быть простые призмы, простые треугольники, полые колонны или похожие на папоротник веточки-кристаллы. Форма снежного кристалла часто слишком мала, чтобы увидеть невооруженным глазом. Исследователи используют фотомикроскоп для снежинок, чтобы задокументировать разные формы и типы снежинок.
Первым человеком, который успешно сфотографировал снежинки, был фермер Уилсон Бентли из штата Вермонт (США). Его так и прозвали Снежинка Бентли. После нескольких лет экспериментов с подключением микроскопов к сильфонной камере, в 1885 году Уилсону Бентли удалось захватить первую фотографию снежинки. Всего он сфотографировал более 5000 драгоценных снежинок.
Снег. Это сезонное , когда холода сковывают землю и замерзшие кристаллики воды выпадают в виде отдельных снежинок. И все окутывает белый ковер.
Поневоле возникает вопрос, а почему именно белый. Ведь как известно, вода отличается своей прозрачностью и лед в принципе тоже должен быть таким. Объяснение этому достаточно простое.
Белый снег
Говорят, что каждая индивидуальна. Нет двух похожих красавиц зимы. И это действительно так. Состоят они из замерзшей воды, но замерзшей не просто так. В составе снежинок огромное количество мельчайших ледяных кристалликов. И они совсем не гладкие, как можно себе представить, а обладают многочисленными гранями. А затем в дело вступает уже обычный солнечный свет. Он не может пройти снежинку насквозь, а постоянно отражается от граней, что и делает снег белым. Возникает некий оптический эффект, благодаря которому нам и известно выражение «белая зима».
Если приглядеться, можно различить десятки оттенков "белого" снега.
Сами мельчайшие кристаллы воды – это просто замерзший водяной пар, который содержится в облаках. Если забраться высоко в горы, можно оказаться в сыром тумане. Это то самое облако, из которого при охлаждении получаются . Мелкие кристаллы подчиняются воздушным потокам, двигаясь вверх и вниз. По ходу такого движения они сталкиваются с другими кристалликами, соединяются вместе и образуют те самые снежинки, которые уже достигают конечного пункта назначения – земли.
Форма кристаллов может быть различна, но чаще всего – это либо шестиконечная звезда, либо пластинка в виде шестиугольника. Удивительно, но каждая такая грань в точности повторяет соседние. Так и образуется хорошо известный белый снег.
Разноцветный снег
Вопреки сложившемуся мнению, снег бывает далеко не только белым. Известны случаи выпадения цветных осадков. Это очень известные случаи, один из которых был описан самим Чарльзом Дарвином. В ходе одного из своих научных путешествий, он обратил внимание, что на копытах вьючных животных появились красные пятна, но это была не кровь. В ходе исследования оказалось, что это просто пыльца местного растения, которая осела на только что выпавший снег.
Снег может быть всех цветов радуги, обычно в результате случайности или влияния человека.
На изменение цвета снега могут влиять и другие факторы. К примеру, расположение в заснеженной области крупного химического комбината или предприятия. Так выбросы серы могут дать желтый цвет снега, а марганца – красны. Жителям промышленных районов этот эффект известен и разноцветию снега они уже давно не удивляются.