Снег белый или черный. Сундучок интересностей: снегфизика вокруг нас

Вы когда нибудь задавались вопросом — почему снег белого цвета? Ведь когда снег тает, то он превращается в воду, а вода прозрачная. Почему же снег белый?

Немного о цвете

Разные вещи имеют разные цвета. Видимый свет от Солнца или от любого другого источника света состоит из множества длин волн. Наши глаза воспринимают разные длины волн в виде разных цветов.

Различные объекты имеют разные цвета, потому что отдельные частицы (молекулы и атомы), которые составляют объект, имеют разные частоты колебаний.

Когда свет взаимодействует с объектом, длины волн, которые объект отражает или поглощает, определяют, какой цвет воспринимают наши глаза. Когда объект отражает все длины волн света от Солнца, которые находятся в видимом спектре, то объект выглядит белым.

Когда мы видим пожарный грузовик, то он красного цвета, потому что краска, которой он покрашен, отражает определенные длины волн в красной области видимого спектра и поглощает остальные длины волн.

Если мы смотрим на воду, то она прозрачная. Это означает, что длины волн света проходят через нее, а не отражаются обратно в ваши глаза.

Если взглянуть на отдельную снежинку, то она тоже почти прозрачная. Но когда мы видим снег, то есть большую концентрацию снежинок, то весь свет отражается, а не проходит сквозь них. И мы видим снег в белом цвете.

Ключевым фактором здесь является способ, которым свет взаимодействует с массой снежинок сложной формы и воздухом, которые и составляют снег. Снежинки имеют сложную и разнообразную форму. Когда свет попадает на снежинку (кристаллик льда), он встречает изгиб и попадает на другой кристаллик льда, затем на другой, и так далее. Процесс продолжается до тех пор, пока свет не отражается от снега, а не проходит прямо через него на землю.

Если в снегу есть грязь, то часть волн поглотиться, и мы увидим эту грязь. Но если снег свежий, то большинство световых волн в конечном счете будут отражены и мы увидим белоснежный снег.

Вы возможно замечали, что иногда снег также может иметь синеватый или голубой оттенок. Снег белый, когда свет отражается кристаллами льда лишь небольшое количество раз, не проникая очень глубоко в снег. Если мы посмотрим на небольшую кучку снега, то она будет белая, потому что почти весь видимый свет отражается.

Другая ситуация для света, который не отражается, а проникает в снег. Когда этот свет проникает в снег, кристаллики льда рассеивают большое количество света. Чем глубже проникает свет, тем больше происходит рассеиваний.

Мы видим свет из верхних слоев (примерно до 1 см), в то время как в нижних слоях свет рассеивается и поглощается. Для света, который проникает глубже, более длинные волны, которые существуют на красном конце светового спектра, поглощаются, оставляя более короткие длины волн на голубой стороне спектра, которые отражаются назад и мы их видим.

Можно сказать, что синий свет легче всего проходит сквозь лед. Тут важно понимать, что спектральный отбор связан с поглощением, а не с отражением, как иногда думают.

В данном случае можно говорить о снеге, как о фильтре, который пропускает или не пропускает разные цвета. Если у нас сантиметровый слой снега, то весь свет проходит через него. Если это метр или более, то только синий свет пройдет через него (рассеивается в нем). Можно провести аналогию с чашкой кофе. Когда мы его только наливаем, то он светлый, чем его больше, тем более темным он становится.

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.

Природные явления вызывают огромный интерес у детей. Все мамы сталкиваются с незамысловатыми вопросами маленьких почемучек: «Почему снег белый, а лёд прозрачный?» По логике вещей, снег – это множество спрессованных снежинок, состоящих из воды. Вода, сама по себе – прозрачна, значит и снег должен быть невидимым. Но всё выглядит иначе. Произнося слово снег, сразу всплывает понятие белоснежный. Рассмотрим сточки зрения физики, почему снег белого цвета.

Физическая загадка

Снежинка состоит из кристалликов воды, микроскопического размера. Неужели нам просто кажется, что сугроб белого цвета. Ведь радуга тоже разноцветная, а это всего лишь обман зрения. Снег нам кажется белоснежным, когда на него попадают солнечные лучи. В зависимости от яркости световой волны, цвет снега может быть:

• Голубым;
• Серым;
• Синим;
• Розовым.

Например, когда на улице пасмурно – снег кажется серым или синим, а на закате солнца – розовым.

Верно то утверждение, что снег белый именно из-за свойств воды. прозрачная – снег белый. Сугроб из снега – это миллиарды снежинок, каждая из которых кристаллическое соединение воды. Главное физическое свойство воды – способность к поглощению красного и инфракрасного спектрального луча. Когда лучи проходят через кристаллики, свет от солнца не пропускает тёплые цвета спектра, а холодные – пропускает. Именно поэтому цвет снега становится от голубого до серого.

Если потеря спектральных цветов не происходит, то цвет снега кажется белым.

А как же лёд?

Лёд – это тоже вода, только в другом агрегатном состоянии. Тогда он прозрачен, а не белый? Лёд представляет собой кристаллическое соединение. Кристалл всегда прозрачен и не важно, лёд это или кристаллическая соль. Ледяная глыба – это тоже, своего рода кристалл, только большого размера. Давайте проведём микроскопическое исследование льдинки.

Снежинка под микроскопом на свету прозрачна. Это обусловлено чистотой и отсутствием примесей и воздушных пузырьков. Пропуская солнечные лучи, лёд, как и снежинка будет тоже прозрачный.

А вот снежный сугроб – это множество кристаллических снежинок, которые отражают солнечные лучи. Если бы поверхность снежинок была идеально ровная, то и снег был прозрачным. Но так как в сугроб снежинки ложатся беспорядочно, свет преломляется под разными углами. Это и придаёт сугробу белый цвет. Недаром говорят, что снег, словно слепит белизной. Отражение солнечного света заставляет нас зажмуриваться от ярко белого снега.

Если сравнить огромную льдину и снежный сугроб, то лучи беспрепятственно проходят сквозь лёд, а от снега они преломляются. Если измельчить ледяную глыбу, она станет белой, так как кристаллики воды будут не спрессованы в одно целое.

Лучи будут преломляться и отражаться. Именно это и объясняет физическое явление, снег белый, а лёд прозрачный. Кстати, известны случаи выпадения цветных осадков. Из-за химических примесей, снег приобретает не привычный для нашего глаза оттенок.

О том, почему снег именно белый, а не черный, синий, красный или какой-нибудь еще, каждый из нас задумывался хоть раз в жизни. Чаще всего вопрос «почему снег белый» задают дети родителям, но даже не все взрослые знают ответ на этот вопрос.

Чтобы понять, почему снег именно такого цвета, сперва нужно определится с понятием цвета вообще. Что такое цвет с точки зрения физики?

Нас окружает электромагнитное излучение, которое также называют электромагнитными волнами . Эти волны есть повсюду, но большая часть этих волн невидимы человеческому глазу.

Видимая же часть электромагнитного излучения воспринимается как цвет . С точки зрения науки, любой цвет — это волна электро-магнитного излучения, которая воспринимается человеческим зрением и преобразуется в цветовое ощущение.

Первоисточником электромагнитного излучения для нас является Солнце. Солнечные лучи, то есть волны, содержат в себе весь спектр видимого излучения, то есть все основные семь цветов — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Сливаясь, цвета видимого спектра образуют белый цвет.

Одни предметы полностью поглощают световые волны — их мы видим черными , другие предметы пропускают солнечные лучи , то есть являются прозрачными . Это стекло, вода или лед.

Читали в свое время сказки про живую и мертвую воду? Тогда вам будет интересно узнать, что такое на самом деле с их помощью и многое, многое другое!

Знаете, чему равняется плотность морской воды и почему в ней легче плавать, чем в речной? Очень интересная информация находится , узнайте новое для себя!

Большинство же предметов в нашем мире часть лучей поглощают, а часть отражают. Для примера можно взять обычный лист с дерева зеленого цвета.

То, что лист зеленый говорит нам о том, что из видимого спектра солнечного излучения он отражает лучи зеленого света , а все остальные поглощает .

Оранжевый апельсин поглощает все лучи, кроме оранжевого, красный мак — все, кроме красного, и так далее.

Про снег можно сказать следующее — он отражает все лучи видимого спектра, поэтому мы видим его белым, то есть таким каким является для нас свет от Солнца.

Почему снег белого цвета, а не прозрачный? ^

И еще немного науки. Кто-то спросит, почему же снег все-таки белый, а не прозрачный. Снег ведь по сути своей вода, только в другом агрегатном состоянии.

Вода — это жидкость, лед — твердое тело, снег — рыхлое вещество, состоящее из отдельных кристаллов льда. Вода и лед прозрачны.

Но справедливости ради надо отметить, что в природе нет абсолютно прозрачных тел, как нет абсолютно черных и абсолютно белых тел . Даже стекло не абсолютно прозрачно.

Как бы то ни было, вода или лед имеют более или менее гладкую поверхность, что влияет на прохождение сквозь них солнечных лучей.

Проходя сквозь толщу гладкого льда, лучи не поглощаются и практически не преломляются, большая часть из них пропускается, а меньшая часть отражается от поверхности.

Снег же очень сильно отличается по своим свойствам ото льда, он рыхлый и совсем не гладкий .

Чтоб подробнее изучить свойства снега, достаточно рассмотреть снежинку. Каждая снежинка уникальна и имеет свой собственный рисунок.

Но общее у всех снежинок то, что они не гладкие, а состоят из множества граней, то есть мельчайших поверхностей, расположенных под углом друг к другу.

Масса снега состоит из множества таких снежинок, которые прикрепляются друг к другу. Падая на снежную поверхность, солнечный свет многократно преломляется и отражается от граней снежинок.

В конце концов большая часть видимого солнечного излучения отражается от снега. Причем, как уже было сказано, отражаются лучи всего видимого спектра, поэтому мы видим снег белым.

Снег можно сравнить с толченым стеклом или алмазами. Если представить себе огромную россыпь бриллиантов, то она тоже будет казаться нам белой, искрящейся.

Пожалуй, все замечали, что при ярком солнечном свете зимой поверхность снега искрится и переливается всеми цветами радуги.

Так вот, это падающий солнечный свет преломляется и распадается на отдельные спектральные цвета. Поэтому мы видим разноцветные искорки на белом снегу.

А Вы знаете, чему равняется и почему она отличается от температуры кипения пресной?

Что такое точка росы, насколько она важна и то, как ее можно рассчитать читайте , сохраните уют в Вашем доме!

Когда снег тает, образуется особый вид воды — талая. Как можно ее получить в домашних условиях, насколько она полезна для здоровья и как применяется читайте тут:
, это очень интересно!