Исследовательская работа

Министерство образования и науки Пензенской области

Городская конференция исследовательских работ и творческих проектов

младших школьников

«Я открываю мир»

Исследовательская работа

на тему:

«Физика зимнего дня»

(изучение свойств снега и льда)

Работу выполнил: Атякшев Егор,

ученик 3 «А» класса МБОУ «Лицей №55» г. Пензы

Руководитель: Усова Наталья Викторовна,

учитель начальных классов

МБОУ «Лицей № 55» г. Пензы

г. Пенза 2017г.

Содержание

I Введение.

Актуальность, цель, задачи, гипотеза, объект и предмет исследования, методики исследования …….............................................................................................................................................3

II Основная часть

1.Теоретическая часть.

1. Из мира науки…………………………………………………………………………..4

2. Образование снега…....................................................................................................5

3. Классификация снежинок……………………………………………………………..6

4. Кристаллы льда и снега………………………………………………………………..7

5. Интересное рядом: раскрываем тайны………………………………………………..7

6. Интересные факты ……………………………………………………………………9

II. Практическая часть.

2.1. Анкетирование. Результаты анкет………………………………………………………10

2.2. Практическое изучение физических свойств снега и льда.……………………………10

III Заключение……………………………………………………………………………….13

IV Используемая литература………………………………………………………………15

V Приложения………………………………………………………………………………..16

Тихо-тихо, сказку напевая,

Проплывает в сумерках зима,

Тёплым одеялом укрывая

Землю, и деревья, и дома.

1. Введение

Зима - интересное и красивое время года, а также мое самое любимое. Зимний день, проведенный на природе, может дать много тем для наблюдения,обсуждения, исследования физических явлений и законов. Я решил в этом году исследовать некоторые явления в природе, с которыми мы сталкиваемся почти ежедневно и попытаться объяснить их с точки зрения физики. Поэтому своё выступление мне захотелось назвать «Физика зимнего дня».

Зимой, куда не кинь взгляд, всюду снег и лёд. Снег на деревьях, полях, крышах домов. Он завораживает, притягивает к себе, подобно какому-то волшебному магниту. Лёд сковывает реки, озёра, пруды.

Мы привыкли думать, что для того, чтобы выпал снег, достаточно холодной погоды, но, оказывается, это не так. По моим наблюдениям на протяжении последних двух лет снег не спешил выпадать, хоть и наступала календарная зима. Земля замерзала, днем подтаивало, а снег все не выпадал. Животным при такой погоде некомфортно: спрятаться негде, земля начинает промерзать, норки под землей у кротов, мышей тоже замерзают. Все ждут снега.

Я знаю, что снег и лёд – это твердое состояние одного и того же вещества - воды. Вода – самое простое и привычное вещество на планете. Но в то же время вода таит в себе множество загадок. Ее до сих пор продолжают исследовать ученые, находя все больше интересных данных о воде. Изменчивость снега и льда почти таинственна. Вот меня и заинтересовал вопрос, как появляются снег и лед, какими свойствами обладают, какую роль играют в круговороте воды в природе.

Актуальность

Актуальность работы заключается в том, что природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды, а примеси вытесняются в жидкость. Растущий кристалл льда всегда стремится создать идеальную кристаллическую решетку и вытесняет посторонние вещества.

В планетарном масштабе именно замечательный феномен замерзания и таяния воды играет роль гигантского очистительного процесса - вода на Земле постоянно очищает сама себя.

Узнаем, какое значение имеют снег и лёд в жизни живой природы, и как их можем использовать мы – люди. Сейчас широко признано, что бережное отношение к снежному покрову как ценнейшему природному ресурсу весьма важно в поддержании и сохранении окружающей среды.

Цель: описать природные явления, связанные со снегом и льдом, исследовать их происхождение и свойства.

Задачи:

1. проанализировать имеющуюся по данному вопросу литературу;

2. изучить, как появляются снег и лёд; 
   3) узнать, почему снежинки имеют такую форму и сколько они весят;

4) объяснить зимние явления природы с точки зрения физики;
5) изучить свойства снега и льда опытным путем.

Гипотеза: свойства снега и льда обусловлены их родством с водой, снег и лёд связаны с другим природным явлением - круговоротом воды в природе.

Объект исследования: снег и лед

Предмет исследования:физические свойства снега и льда

Методы, используемые во время исследования:

• изучение и анализ литературы по теме исследования;

• изучение материалов из Интернета;

• наблюдение;

• опыты;

• сравнительно-аналитический метод.

Структурированность:

Работа состоит из введения, основной части, практической части, заключения, списка литературы и приложений.

II. Основная часть

1.Теоретическая часть.

1.1. Из мира науки

И снег, и лед изучает одна и та же наука – гляциология. Если положить снежинку под микроскоп, то можно убедиться, что она состоит из большого числа маленьких льдинок. То есть обычный снег - уже лед. Его можно назвать «размельченным льдом». Со временем при соответствующих условиях исчезнут пустоты между льдинками снежинок – и снег превратится в обычный лед.

Снежинки не раз становились предметом серьезных научных исследований. Как известно, найти пару совершенно одинаковых снежинок практически невозможно, хотя они могут быть очень похожими между собой. Это одна из тех давних столетних тайн, раскрыть которую пытались многие ученые.

 Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году написал целый трактат «О шестиугольных снежинках». В 1635 году французский философ и математик Рене Декарт занялся описанием видов снежинок, разглядывая их невооруженным глазом. Он писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью зубцами. Его особенно поразила найденная им в середине снежинки "крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность". Декарт также впервые нашел и описал достаточно редкую двенадцатиконечную снежинку. До сих пор двенадцатиконечная снежинка считается большой редкостью, так до конца и неясно, где и при каких условиях она образуется.

В 1665 году Роберт Гук рассматривал снежинки уже под микроскопом, оставив нам свои зарисовки.

Первые фотографии снежного кристалла под микроскопом были сделаны в 1885 году американским фермером Уилсоном Бентли. Сфотографировав за свою жизнь свыше пяти тысяч снежных кристаллов, он пришел к выводу, что среди них нет ни одного одинакового.

Американские исследователи - профессор математики Янко Гравнер из Калифорнийского университета в Девисе и Дэвид Гриффит из Университета Висконсина-Мэдисона - с помощью компьютера научились достоверно моделировать образование реальных трехмерных снежинок - то есть они решили, наконец, задачу, которая до сих пор не поддавалась всем усилиям ученых. 

Очередной шаг в изучении свойств наиболее известных природных кристаллов - снежинок - сделан профессором физики Кеннетом Либбрехтом из Калифорнийского технологического института. В лаборатории профессора Либбрехтас 2001г снежинки выращиваются искусственно.

Несмотря на докучливость ученых, снежинка до сих пор не открыла до конца всех своих тайн.. К примеру, не многие знают, что древние считали снег благородным минералом. Собственно, и происхождение слова "кристалл" связано с самой обыкновенной снежинкой. Много веков назад среди вечных снегов в Альпахнашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали - "krystallos ", по-гречески – лед. Слово происходит от греческого "криос", что значит холод или мороз.

1.2 Образование снега.

Откуда берется снег? Из чего он состоит? Какова его температура? Этими и многими другими вопросами, связанными с данным природным явлением, ученые всего мира интересуются очень давно. Раньше думали, что снег - это замерзшие капельки воды. Тайна рождения снежинок была разгадана совсем недавно. Снег никогда не родится из капелек воды. Капельки воды могут стать градинками, комочками непрозрачного льда, который иногда идет летом вместе с дождем.

Когда капельки воды в облаке соприкасаются с мельчайшими частичками — они замерзают, превращаясь в ледяные кристаллы, и начинают падать. Пролетая через облако, кристаллы могут проходить через воздух, который содержит охлажденные капельки. Такие капельки «пристраиваются» по бокам ледяных кристаллов, и там замерзают, образуя снежинки. Их форма, размер и характер зависят от вида и высоты облаков, в которых они образовались, от температуры тех слоев атмосферы, которые снежинкам пришлось пересечь при падении на землю.

Основа для формирования снежинки, её крошечное ядро - это ледяные или инородные пылинки в тучах. Молекулы воды, хаотично перемещающиеся в виде водяного пара, проходят через облака, вместе с температурой они теряют и скорость. Все больше и больше шестиугольных молекул воды присоединяется к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму. При этом выпуклые участки снежинки растут быстрее. Так, из первоначально шестигранной пластинки вырастает шестилучевая звездочка. Чтобы понять, почему снежинка имеет такую форму, посмотрим, как выглядит молекула воды в виде модели (см. Приложение № 1).

1.3. Классификация снежинок

Термин "снежинка" вполне научный - этот кристалл в форме простейшей шестиугольной призмы сформирован из молекул воды, сгруппировавшихся вокруг ядра. Принимает он самые разнообразные формы. Причем единства по этому вопросу среди ученых нет. Одни утверждают, что уникальна каждая снежинка. "Рождение" в атмосфере каждого нового ледяного кристалла неповторимо - молекулы воды налипают на ядро и лучи случайным образом. Это миллиарды, если не больше, самых удивительных форм... Другие склоняются к тому, что всего в природе не больше 130 видов снежинок - именно столько конфигураций в различных осях симметрии может образовывать шестиугольная снежинка.

Японский ученый Накая Укитиро первым создал классификацию снежинок (см. Приложение № 2). Именем Накая назван единственный в мире музей снежинок, расположенный на острове Хоккайдо.

В 1951 году Международная Комиссия по Снегу и Льду приняла классификацию (см. Приложение № 2) твёрдых осадков. Согласно ей все снежные кристаллы можно разделить на следующие группы: звёздчатые дендриты, пластинки, столбцы, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились еще три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

1.4  Кристаллы льда и снега

Кристаллы замёрзшей воды, т.е. лёд и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и круглый год) покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга – это, конечно, не один большой кристалл.

Лёд - минерал с химической формулой H₂O, представляет собой воду в кристаллическом состоянии. В приложении № 3 показано многообразие льда.
Плотная масса льда обычно поликристаллическая, т.е. состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелки и все срослись вместе.

Каждый кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала. Часто говорят, что снег падает, как пух. Но даже это сравнение, сказать, слишком «тяжелое»: снежинка гораздо легче, чем пушинка. Десяток тысяч снежинок составляют вес одной копейки. Но «пуховое» одеяло снега на поверхности Земли становится похожим на тяжелые гири, способные повлиять на скорость вращения Земли.

1.5. Интересное рядом: раскрываем тайны.

СНЕГ. Снежный покров, образованный выпавшими снежинками, не остаётся неизменным. Только что выпавший снег образует рыхлый слой. Однако через некоторое время снег уплотняется и может стать настолько прочным, что будет, не проламываясь, выдерживать вес идущего по нему человека.

Снежный покров уплотняется от съёживания, под влиянием собственного веса. Уплотняют снег и метели; переносимые ветром снежинки с силой бомбардируют поверхность снежного покрова и спрессовывают его.

Снег уплотняется также и во время оттепелей. Оттаивание снежного покрова обычно сменяется замерзанием. В результате отдельные кристаллы смерзаются, и на поверхности снежного покрова образуется ледяная корка.

В конце зимы в тёплую погоду снежный покров сильно уменьшается за счёт испарения. Особенно сильно снег испаряется в ясные сухие ветреные дни.

СУГРОБЫ НА ДЕРЕВЬЯХ. После снегопада лес долго стоит покрытый шапками снега. Они могут быть настолько тяжёлыми, что под ними ломаются ветки деревьев. Образование таких снежных сугробов на деревьях связано в первую очередь с формой снежинок. Острые игольчатые выступы снежинок цепляются одна за другую. Их удерживает сила трения, которая значительна. К тому же под действием силы тяжести создаётся большое давление, снег подтаивает и вновь смерзается с образованием еще более прочной конструкции. Процессы, которые происходят внутри снежных шапок, намного сложнее – подтаивание и замерзание, испарение и кристаллизация.

СОСУЛЬКИ. Случалось ли вам задумываться над тем, как образуются ледяные сосульки, свешивающиеся с крыш? Чтобы могли образоваться ледяные сосульки, нужно в одно и то же время иметь две температуры: для таяния - выше нуля- и для замерзания-ниже нуля. На самом деле так и есть: снег на склоне крыши тает, потому что солнечные лучи нагревают его до температуры выше нуля, а стекающие капли воды у края крыши замерзают, потому что здесь температура ниже нуля.

Представьте такую картину: ясный день, мороз всего 1-2*С. Солнце заливает все своими лучами; однако же эти косые лучи не нагревают землю настолько, чтобы снег мог таять. Но на склон крыши, обращённый к солнцу, лучи падают под углом, близким к прямому. Вот почему склон крыши нагревается сильнее, и снег на нем начинает таять. Оттаявшая вода стекает и каплями свисает с края крыши. Но под крышей температура ниже нуля, и капля, охлаждаемая к тому же испарением, замерзает. На замёрзшую каплю натекает следующая, также замерзающая, затем третья капля и т.д. Постепенно образуется маленький ледяной бугорок. В другой раз при такой же погоде эти ледяные наплывы ещё больше удлиняются, и в результате образуются сосульки.

ПОЧЕМУ КОНЬКИ СКОЛЬЗЯТ ПО ЛЬДУ, А САНКИ И ЛЫЖИ ПО СНЕГУ. Шероховатый лёд более скользкий, чем гладкий. Это объясняется тем, что температура плавления льда понижается при увеличении давления. Стоя на коньках, мы опираемся на очень маленькую площадь. Всего несколько см2. На эту небольшую площадь целиком давит вес нашего тела. Под коньками лёд превращается в тонкий слой воды. Но эта вода отличается от той, которую мы все хорошо знаем. Как показали исследования, при контакте льда с твёрдым телом образуется не обычная вода, а сверхплотная: если масса 1см3 обычной воды составляет 1г, то масса «водяной смазки» на 17% больше. Экспериментально доказано, что водяная жидкая смазка образуется не только из-за большого давления, но и из-за трения.

А почему лыжи и санки скользят по снегу? Если температура снега близка к точке таяния, то в результате трения лыж и санок о снег тонкий поверхностный слой снега слегка подтаивает, и лыжи скользят по воде, как по смазке. Из-за вязкого трения в тонком слое воды выделяется тепло, достаточное для того, чтобы водяная смазка все время возобновлялась. Если лыжи металлические (металл хорошо проводит тепло), то тепло быстро рассеивается- и образование ледяной смазки прекращается. Пластиковые или деревянные лыжи проводят тепло достаточно плохо, поэтому водяная смазка сохраняется.

Если температура снега намного ниже точки его таяния, то водяная пленка не образуется, и тогда, для уменьшения трения, лыжи необходимо смазать лыжной мазью.

СНЕГОВИК. Кто не любит играть в снежки и лепить снежные фигуры? Эти забавы также связаны с понижением точки плавления снега под давлением. Из тающего снега лепить снежки легко, а если температура снега намного меньше 0*С, снежки лепятся плохо. Точка таяния льда понижается под значительным давлением. Благодаря этой особенности льда отдельные куски его смерзаются вместе, если их сильно сдавливать.

Катая снежный ком для «снежной бабы», мы опять пользуемся этой особенностью льда: снежинки в местах соприкосновения, в нижней части кома, смерзаются под тяжестью надавливающей на них массы.

ИНЕЙ. Как возникают пушистые иголочки на деревьях и как их правильно называть: инеем или изморозью? Иней и изморозь - две разновидности твёрдых кристаллических осадков из морозного воздуха. Иней возникает на поверхности почвы, травы, снежного покрова, различных предметов, обладающих малой температуропроводностью, в ясную, тихую погоду, когда происходит сильное выхолаживание земной поверхности.и ее температура становится ниже температуры воздуха. Водяной пар, содержащийся в воздухе, на поверхности многих тел из газообразного состояния переходит прямо втвёрдое, минуя жидкую стадию, происходит его сублимация; при этом образуются кристаллики льда в форме шестиугольных призм, пластинок и тупоконечных игл.

Иней может образовываться и на ветвях деревьев, но они не выглядят такими пушистыми и нарядными, как это бывает при другой форме кристаллических осадков - изморози.

1.6. Интересные факты

• Снежинка на 95% состоит из воздуха. Благодаря этому она падает очень медленно, со скоростью 0,9 км/ч.

• Белый цвет снега объясняется наличием в его структуре воздуха. При этом лучи света отражаются от границы ледяного кристалла с воздухом и рассеиваются.

• В истории зафиксированы случаи выпадения цветного снега. Так, в 1969 году в Швейцарии выпал черный снег, а 1955 году в Калифорнии - зеленый.

• В высоких горах и Антарктике можно встретить снежный покров розового, красного, фиолетового, желтовато-бурого цветов. Этому способствует существо – хламидомонада снежная, которая проживает в снегу.

• При падении снежинки в воду она издает сильный высокочастотный звук. Человеческое ухо не способно его уловить, а вот рыбы могут, и, если верить ученым, он им сильно не нравится.

• В нормальных условиях снег тает при температуре нуль градусов Цельсия. Однако при попадании на него солнечных лучей он может испариться и при минусовой температуре, при этом минуя жидкую форму.

• В зимний период снег отражает от земной поверхности до 90% солнечных лучей, тем самым не давая ей прогреться.

• В 1987 году в Форт-Кое (США) зафиксирована самая большая снежинка в мире. Ее диаметр составил 38 см.

• Цвет льда зависит от его возраста и может быть использован для оценки его прочности. Океанический лед в первый год своей жизни белый, потому что он насыщен воздушными пузырьками, от стенок которых свет отражается сразу же, не успев поглотиться. Голубой лед старше, плотнее и прочнее белого «пенистого», насыщенного воздухом. Полярные исследователи это знают и выбирают для своих плавучих баз, научных станций и ледовых аэродромов надежные голубые и зеленые льдины.

• Лед неодинаково холоден. Есть очень холодный лед, с температурой около минус 60 градусов, это лед некоторых антарктических ледников. Намного теплее лед гренландских ледников. Его температура равна примерно минус 28 градусам. Совсем "теплые льды" (с температурой около 0 градусов) лежат на вершинах Альп и Скандинавских гор.

II. Практическая часть.

2.1. Анкетирование школьников.

Когда мы стали искать информацию и проводить опыты со снегом и льдом, то нам стало интересно, а что ученики нашего класса знают о снеге и его свойствах.

Анкетирование мы провели среди учащихся своего класса. В анкетировании приняли участие 28 человек. Вот какие результаты мы получили (См. Приложение № 5).

2.2 Практическое изучение физических свойств снега и льда.

Цель: выявить физические свойства снега и льда опытным путём, выявить, похожи ли снег и лёд, и какие физические свойства доказывают это.

Опыт № 1. Определим, действительно ли снег может сохранять тепло. Нальем одинаковое количество воды в три бутылки и зароем их в снег на разную глубину. Вода замерзла в бутылке, лежавшей на снегу; покрылась коркой льда в середине сугроба и не замерзла на дне сугроба.

Опыт № 2. Возьмём снег и кусочек льда, принесем домой, поместим их в стаканы. Через некоторое время в стаканах появилась вода.

Вывод: снег и лёд под действием тепла превратились в воду.Причем снег растаял быстрее, чем лёд.

Опыт № 3.Возьмем на улице немного свежего рыхлого снега и положим его в мерный стакан. Дома опустим в стакан со снегом термометр и проследим за его показаниями. Записываем данные о температуре, пока снег полностью не растает.

Когда снег полностью растаял, отметим уровень воды. Видим, что уровень изменился. Объем воды меньше (80 мл), чем объем снега (500 мл). Объем изменился в 6,25 раз.

Вывод: снег просто изменил свое агрегатное состояние. Снежинки не могут плотно прижаться одна к другой, между ними всегда остается воздух. Поэтому и занимают большой объем.

Опыт № 4. Возьмем пластиковый одноразовый стакан, нальем воды и поставим замораживаться в холодильник. Когда вода полностью превратится в лед, достанем стаканчик из холодильника. Видно, что лед поднялся бугорком. Вода замерзает неравномерно. Вначале, лед появляется у стенок стакана, постепенно заполняя весь стакан. В воде молекулы движутся хаотично, поэтому она принимает форму стакана, в который налита. Лед же имеет четкую кристаллическую структуру, при этом расстояния между молекулами льда больше, чем между молекулами воды, поэтому лед занимает больше места, чем вода, то есть расширяется. Поэтому объем льда больше, чем объем воды, из которой он получился.

Опыт № 5. Цветной лёд?

Если в пластмассовый стакан с водой добавить немного краски или заварки, размешать и,

получив цветной раствор, укутать стакан сверху и выставить на мороз, то от дна кповерхности начнет образовываться слой льда. Однако не надейтесь получить разноцветный лёд! Там, где начиналось замерзание воды, будет абсолютно прозрачный слой льда. Верхняя егочасть будет окрашена, причем даже сильнее, чем первоначальный раствор. Если концентрация краски была очень велика, то на поверхности льда может остаться лужица её раствора. Дело в том, что в растворах краски и солей образуется прозрачный пресный лёд, т.к. растущие кристаллы вытесняют любые посторонние атомы и молекулы примесей, стараясь построить идеальную решетку, пока это возможно. Только, когда примесям деваться уже некуда, лёд начинает встраивать их в свою структуру или оставляет в виде капсул сконцентрированной жидкостью. Поэтому морской лёд пресный, а даже самые грязные лужи покрываются прозрачным и чистым льдом.

Опыт № 6. При какой температуре замерзает вода? Всегда ли при нуле градусов?

Для проведения этого опыта нужна дистиллированная вода, это очищенная вода, которая, практически, не содержит посторонних включений. Нужно поставить бутылку в морозильник, и оставить её на всю ночь замерзать.Утром, открыв холодильник, вы увидите, что вода не превратилось в лёд! Аккуратно её достаньте, не взбалтывайте и не делайте с ней никаких резких движений. Теперь, вы можете выбрать 2 пути, либо резко поставить бутылку на стол, либо, открыть бутылку и начать выливать воду в блюдце. Если вы ударите об стол, то увидите, как вода внутри бутылки начнёт замерзать! А если будете лить в блюдце, то, выливаясь, вода будет так же мгновенно замерзать! Почему же так происходит? Всё дело в том, что дистиллированная вода не имеет примесей. А это значит, что в ней нет областей, где начнёт происходить кристаллизация. Это как, например, с жемчугом, жемчуг начинает образовываться, только если внутрь раковины моллюска попадает песчинка, или другой посторонний предмет. Только тогда начинает формироваться жемчужина. С водой происходит тоже самое. Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры? При -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

Опыт № 7 «Липкая сосулька»

Мы использовали: узкий стакан со снегом, воду, сосульки и кусок льда.

Этот эксперимент мы провели со снегом и со льдом.

1. В стакан налили немного воды и затем набили в него снег, потом в снег вертикально вставили сосульку. Через небольшой промежуток времени потянули сосульку вверх, она поднялась вместе со снегом, снег плотно прилип к сосульке.

2. Взяли кусок льда с гладкой поверхностью, после слабого оттаивания на лед положили две сосульки разной длины. Через некоторое время убедились, что для того чтобы снять сосульки с поверхности льда потребовалось усилие.

Почему же при таянии сильно сцепляются мокрый снег со льдом или лед с сосулькой?

Вывод: в процессе таяния между снегом и сосулькой (льдом и сосулькой) возникает тонкая пленка воды. Можно считать, что толщина пленки равна диаметру молекулы воды и в такой пленке молекулы не совершают поступательно-колебательного движения, а только колеблются. Часть их из пленки, приобретая большую энергию, попадают в кристалл и его молекулы заполняют вакантные места в пленке. Таким образом, происходит смерзание льда со снегом (льда со льдом).

Опыт № 8. Наполняем 2 кружки снегом. В одну из кружек добавляем соль и перемешиваем. В маленькие бутылочки наливаем сок (одинаковое количество). Теперь опускаем бутылочки в кружки со снегом и оставляем на 30 мин. Через 30 минут видим, что снег с солью практически растаял. А что же в наших бутылочках? Сок в бутылочке, находящейся в кружке с солью, замёрз. В другой остался в жидком состоянии.

Вывод: снег и соль представляют охлаждающую смесь, точка замерзания соленой воды значительно ниже пресной. Соль растапливает снег за счет тепла, поглощаемого из окружающей среды, тем самым охлаждая жидкость в бутылочке.

Снег и лёд имеют общие свойства:

1. Сохраняют тепло

2. Легче воды

3. Состоят из воды

Имеют и отличительные свойства:

III Заключение

1. Выводы

В написании своей работы я узнал для себя много нового и полезного, выполнил интересные опыты в домашних условиях. Попытался объяснить полученные результаты, для чего изучил физические процессы, происходящие со снегом. Я рассмотрел явления, которые могут быть объяснены, зная молекулярное строение вещества. Узнал: классификацию снежинок, процесс образования снега, различные виды льда.

В результате проведенных опытов, я подтвердил первоначальную гипотезу, согласно которой снег и лед - это замерзшая вода, и их родство доказано физическими свойствами. Снег и лёд – это надёжное укрытие животных и растений от стужи, это досыта напоенная влагой земля весной, это удивительные и неповторимые явления природы.

Физические свойства снега и льда таят в себе множество загадок. Их разгадывание представляет собой не только интересную проблему, но и имеет прямое отношение ккруговороту влаги на планете Земля. Каждую минуту миллион тонн воды гидросферы испаряется от солнечного нагрева. В результате в атмосферу постоянно поступает колоссальное количество теплоты, эквивалентное тому, которое бы вырабатывали 40 тысяч электростанций средней мощности.

Аномалии воды - отклонения от нормальных свойств тел- до конца не выяснены, но главная причина их известна: строение молекулы воды. Атомы водорода присоединяются к атому кислорода не симметрично с боков, а тяготеют к одной стороне. Ученые считают, что если бы не эта несимметричность, то свойства воды резко изменились бы. Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами.

Зимой незамерзающий сверху более плотный лёд тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно. Летом лёд, закрытый толстым слоем холодной воды, не смог бы за лето растаять. Постепенно все озёра, пруды, реки промерзли бы целиком, превратившись в гигантские ледяные заторы. Потом промерзли бы все моря и океаны. Весь мир превратился бы в ледяную пустыню, кое-где покрытую талой водой.

Как хорошо, что вода обладает аномальными свойствами!

1. Практическая значимость

Снежное одеяло не только запас воды, но и прослойка между поверхностью земли и атмосферой. Холодная бесснежная зима настоящее бедствие для средней полосы России, Многие растения могут не выдержать лютые морозы и погибнут. Сугробы, высотой в 50 см гарантируют, что температура почвы не опустится ниже минус 8 и все растения благополучно перезимуют.

Подо льдом тоже зимой тихо и тепло (температура воды невысокая, но выше 0). Ледяной панцирь надежно укрывает воду от мороза, не давая промёрзнуть ей до дна и погубить всё живое подводного мира. Так что, рыбаки спокойно могут наслаждаться своим любимым занятием, ловлей рыбы.

При таянии льда соответствующее количество теплоты поглощается из окружающей среды, а при замерзании воды - поступает обратно в окружающую среду! Именно поэтому, когда весной внезапные ночные заморозки угрожают цветущим плодовым деревьям, опытные садоводы находят выход: они проводят дождевание сада. Пелена мельчайших водных брызг окутывает замерзающие деревья. Капельки воды покрывают лепестки цветов. Превращаясь в лед, вода надевает на цветы ледяную шубу, отдавая при этом им свое тепло.

Вывод: снег и лёд сохраняют тепло, значит, имеют большое значение для жизни животных и растений.

Но некоторые вещества способны затормаживать процесс замерзания воды. Например, соль в морской воде. Лёд в море образуется только при очень низких температурах. Удивительно, но процесс замерзания воды каждый год способен поддерживать самоочищение от разных примесей в течение многих миллионов лет подряд.

Конечно, не следует забывать о том, что снег является источником хорошего настроения. Катание с горок, на лыжах, снежные крепости, игра в снежки приносит нам не только массу положительных эмоций, но и укрепляет наше здоровье. А о том, какое эстетическое наслаждение дарят нам зимние пейзажи, можно говорить часами!

Список использованных источников:

1. Энциклопедия для детей: Т.3 (География).– Сост. С.Т.Исмаилова. – М.: Аванта+, 1994. – с.377-391.

2. Энциклопедия для детей, том 19, Экология, Москва, издательство «Мир энциклопедий Аванта+», 2006

3. Д.Кларк, Д.Флинт, Т.Хэар, К.Хэар, К.Твист Энциклопедия окружающего мира; Москва 2000

4. Краснова М. Обо всем на свете от А до Я. – М. Махаон, 2008

5. И.Стюарт «Какой формы снежинки»; ООО «Мир книги» научное издательство; Москва 2007

6. М.П.Шаскольская: Кристаллы; Москва 1985

7. Научные эксперименты / Пер. с англ. А.Филоновой. – М.: Эгмонт Россия Лтд., 2006. – 208с.

8. Сайт «Мир без Вреда» http://bezvreda.com/sostav-snega/ 

9. www.its.caltech.edu

10. http:// www.o8ode.ru/

11. http://chee-lan.narod.ru/

12. https://www.syl.ru/article/304518/chto-takoe-led-svoystva-lda

ПРИЛОЖЕНИЯ.

Приложение №1: Схема образования снежинки

Кристаллы льда имеют форму шестигранника, который состоит из  таких  треугольников.

Этот самый первый кристаллик  и есть будущая снежинка.  Дальше он растет  за счет присоединения новых молекул к кристаллику.

Порядок присоединения новых молекул случайный, но  в итоге они выстраиваются в шестигранники, такие же, как и  первый кристаллик.

Далее у снежинки начнут расти ответвления. Как именно они будут  выглядеть,  зависит от температуры, влажности, давления и  других факторов. Кристаллики присоединяются друг к другу всегда гранью и никогда углом, поэтому луч снежинки всегда будет шестиугольным.

От луча могут отходить ветки, но они всегда будут расти под углом 60° или 120°.

Так должна выглядеть идеальная снежинка. В реальности  огромное скопление «веток», которые прирастают в  случайном порядке, делает каждую снежинку уникальной.

Приложение №2: Классификация снежинок

1) Японский учёный НакаяУкитиро первым создал классификацию снежинок:

• Пластинки;

• Звёздочки;

• Столбики;

• Иглы;

• Пространственные звёздочки;

• Столбики с пластинками;

• Кристаллы неопределённой формы;

• Снежная крупа;

• Ледяные зёрна;

• Град.

2) Международная классификация снежинок:

• Звёздчатые дендриты - кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.

• Пластинки - множество ледяных ребер как будто делят лопасти снежинок на сектора. Как и звёздчатые дендриты, они плоские и тонкие.

• Столбики. Хотя плоские, пластинчатые снежинки больше притягивают взгляд, тем не менее, самой распространенной формой снежных кристаллов является столбик или колонна. Такие полые столбики могут быть шестигранными, в виде карандаша, заостренные на концах в виде конуса.

• Иглы - столбчатые кристаллы, выросшие длинными и тонкими. Иногда внутри них сохраняются полости, а иногда концы расщепляются на несколько веточек.

• Пространственные дендриты. Очень интересные конфигурации получаются, когда плоские или столбчатые кристаллики срастаются или спрессовываются, образуя объемные структуры, где каждая веточка расположена в своей плоскости.

• Столбики с наконечниками. Изначально такие кристаллы имеют столбчатую форму, но в результате некоторых процессов меняют направление роста, превращаясь в пластинки. Такое может произойти, если, кристалл заносит ветром в зону с другой температурой.

• Кристаллы неправильной формы. На долю снежинки может выпасть немало приключений, она может попасть в зону турбулентности и потерять в ней некоторые из своих веточек или разломаться совсем. Обычно таких "покалеченных" снежинок много в сыром снеге, т.е. при относительно высокой температуре, особенно при сильном ветре.

Приложение №3: Многообразие льда

I. Атмосферный лед - ледяные частицы, взвешенные в атмосфере или выпадающие на земную поверхность (твердые осадки).Это снег, град, иней.
II.Водный лед (ледяной покров), образующийся на поверхности воды и в массе воды на различной глубине: внутриводный, донный лед.
Ледяной покров - сплошной лед, образующийся в холодное время года на поверхности океанов, морей, рек, озер, искусственных водоемов, а также приносимый из соседних районов.
Внутриводный лед- скопление первичных ледяных кристаллов, образующихся в толще воды и на дне водного объекта.
Донный лед - лед, откладывающийся на дне водоема или взвешенный в воде.

III. Подземные льды - льды, находящиеся в верхних слоях земной коры.
IV. Ледниковый лед - монолитная ледяная порода, слагающая ледник..

IV.Морской лед - любая форма льда, образовавшаяся в море в результате замерзания

воды.

V.Паковый лед - морской лед толщиной не менее 3 м, просуществовавший более 2 годовых циклов нарастания и таяния. В виде обширных ледяных полей наблюдается преимущественно в Арктическом бассейне. Более правильное название - многолетний лед.

VI.Текучий лед.В тех местах, где всегда холодно и куда не попадает прямой солнечный свет, слои снега спрессовываются в твердый прочный лед. Под действием давления или земного тяготения он может медленно течь по поверхности земли. Такой текучий лед называется ледником, или глейзером.

VII. Жидкий Гелеобразный Лед–– это охлаждающая среда, которая не наносит повреждения продукции, обволакивает его со всех сторон, препятствуя контакту с воздухом, тем самым блокируя окисление тканей и попадание в них микроорганизмов так же способствует очень быстрому охлаждению и поддерживает высокое качество свежей охлажденной продукции в течение длительного срока.

VIII. «Сухой лёд»­- это замороженный углекислый газ CO2. При обычных
условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) он переходит
в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. Данный процесс называется
сублимация или возгонка.По внешнему виду он напоминает обычный лёд(отсюда название). Сухой лёд имеет температуру -­78оС.Сухой лед начали применять еще в XIXвеке. Французский ученый К. Тидорьеполучил первый образец сухого льда в 1835 году. В те времена это открытиене нашло еще своего потребителя и только с 1925 года в США сталиприменять «быструю заморозку» и охлаждение продукции с применениемсухого льда.

Приложение №4: Результаты анкетирования

В анкетировании приняли участие 28 чел.

16