Исследовательская работа по физике "Мороз-художник"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа п.Быстринск Ульчского муниципального района Хабаровского края

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ

Тема: «Мороз-художник»

Выполнили: Чеботарева Юлия;

Гурина Арина.

Руководитель: Литовченко Любовь

Михайловна МБОУ СОШ п.Быстринск

п. Быстринск

2021 г

Мороз узором по стеклу ползёт

И кружева плетёт без спиц умело.

Вот чудо – сказка на окне растёт –

Фантазию зима внедряет смело!

Ты окон двух похожих не найдёшь.

На каждом свой рисунок – персональный.

И каждый вид по-своему хорош!

Мороз – художник очень уникальный!

Чем злей мороз – тем сказочней узор!

Ты только всё увидеть постарайся!

Расправь ты крылья, ощути простор

И в сказке очутиться попытайся!

Т.Н.Панферова

Цель исследования : изучить условия появления узора на стекле.

Задачи: выяснить, почему образуются узоры на стёклах;

какие виды морозных узоров существуют;

изучить, какие условия необходимы для образования морозных узоров.

Гипотеза : « По снежным узорам на окнах можно предсказывать погоду на следующий день».

Красив снежный узор на окнах…

Ледяные узоры на окнах представляют собой редкое по красоте зрелище. Причудливые и затейливые узоры рисует мороз на оконных стеклах. Невозможно отвести глаз от этих замысловатых художеств  непревзойденного мастера. На одном окне узоры напоминают кружева, на другом – прекрасные дворцы и замки, на третьем – удивительный зимний лес. Каждый узор неповторим и уникален .

Красота созданная природой

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Появление узоров на окне .

Какой это мастер на стекла нанес ,

И листья, и травы, и заросли роз?

На сегодняшний день, не существует ни одного человека, который бы не созерцал это великолепное и загадочное явление. Но мало кто задавался вопросом: как и почему это происходит? Все помнят притчу о том, что морозные узоры на окне рисует Дедушка Мороз. Он незаметно подкрадывается ночью к окну и выводит на нем тонкой ледяной кисточкой неповторимые морозные картины. На самом деле все гораздо прозаичнее.

Если в помещении влажный воздух, а на улице температура от нуля градусов Цельсия и ниже, то лишняя влага скапливается на холодной поверхности  оконного  стекла. Здесь водяной пар охлаждается и переходит из парообразного состояния в твердое, образуя тонкие кристаллы.

Морозные узоры на оконных стеклах - это, по сути, то же самое, что и иней, который образуется на земле и на ветвях деревьев. Это скопление мельчайших ледяных кристалликов .

2.2 Формирование ледяных кристаллов .

Для того чтобы началась кристаллизация, первым ледяным кристалликам нужно на чем-то осесть. Любое идеальное с виду стекло имеет микроскопические зазубрины и царапины. Влага, которая оседает на поверхности стекла, кристаллизуется прежде всего на этих мельчайших дефектах, и только потом к первым кристаллам цепляются новые и новые, формируя узоры. Порой для появления ледяных узоров достаточно пылинок, которыми усеяна поверхность стекла, или разводов, которые остаются после мытья окон. А еще появлению узоров способствуют сквозняки и воздушные потоки.

Первые кристаллики льда на стекле - это всегда шестилучевые звёздочки или шестигранные стебельки. Но, увеличиваясь, разрастаясь, они встречаются друг с другом, давят друг на друга, сгибаются, искривляются. И появляются узоры. Каждый узор неповторим и уникален.

2.3. Разновидности узоров.

Учеными было установлено, что разновидность кружевной росписи на окнах весьма многообразна – их количество достигает несколько миллионов. На окнах могут быть изображены самые различные картины: цветы, деревья, листья, животные, люди, птицы и т.д. Это настолько тонкая работа, что позавидовали бы даже сами ювелиры.

Первые систематические исследования снежных кристаллов предпринял в 30- годах 20 века японец Укихиро Накайя. Он выделил 41 тип снежинок, составил первую классификацию и выяснил, что величина и форма образующихся кристаллов льда зависит от температуры и влажности.

Укихиро Накайя

По способу образования морозные узоры делятся на два вида: дендриты (древовидные образования) и трихиты (волокнистые формы). Слово дендриты произошло отгреческого "дендрон" - дерево. А слово трихиты произошло от греческого "волос".

Дендриты образуются в нижней и верхней части стекла, где слой воды толще. Здесь появляются широкие стволы морозных узоров, на которых постепенно вырастают более тонкие веточки. Дендриты в нижней части стекла получаются широкими и толстыми, а в верхней части – более узкими и тонкими. Такой морозный узор напоминает чащу непроходимого сказочного леса. 

Если на стекле много зазубрин, пылинок и царапин, то на нем появляются трихиты – морозные узоры, похожие на звездочки. Сначала замерзает эпицентр узора – пылинка или зазубрина, а потом к ней присоединяются, словно лучики, другие кристаллы. В результате морозные узоры становятся похожими на скопление снежинок или  россыпь звезд .

Особенно красиво, когда на окно падает солнечный луч, тогда вся картинка сверкает. Наблюдая за снежными узорами, я заметила, что они цветные: то голубые в пасмурную погоду, то желтые на солнце, то розовые и лиловые – на закате. В вечернее время, когда за окном становится совсем темно и стекло выглядит черным, морозные узоры сверкают, как звезды.

2.4 Почему узоры появляются не на всех окнах?

Чтобы ответить на этот вопрос, я обратилась к литературным источникам. Оказывается, что узоры не образуются на современных пластиковых окнах (т. к. они защищены стеклопакетами) и если открыта форточка. В этом случае температура воздуха в комнате у стекла понижается, став такой же, как и температура самого стекла. При качественной заделке стёкол, узоры на стекле тоже не появляются, т. к. нет перепада температур.

Вот почему ледяные росписи, столь привычные для жителей домов со старыми деревянными окнами, не балуют своим появлением жителей квартир с качественными пластиковыми окнами

2.5. Народные приметы .

Оказывается, давным-давно по морозным узорам люди определяли погоду. Если веточки узоров были направлены вниз - погода будет снежной и пасмурной, а если вверх – ясной и солнечной.

Если на замерзших окнах красивые морозные узоры – быть морозу еще долго, а если даже при морозе в этот день окна запотели, можно надеяться на потепление.

Так же согласно народным приметам, прямые рисунки предвещают ещё большие холода, косые – оттепели, а более замысловатые узоры – к снегопаду.

Снежные кристаллы из которых состоят ледяные узоры

III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

3.1. Практическое исследование.

Наблюдения за причудливыми узорами

Мы решила провести небольшое исследование и стали наблюдать за узорами. Происходившие изменения в рисунках на окнах мы вносили в таблицу. Также мы фотографировали узоры на окнах. Анализируя результаты измерений и полученных фотографий, нами были выбраны несколько фотографий, изучая которые можно пронаблюдать изменения рисунков снежных узоров. Фото 1. Фото 2. Фото 3.Фото 4.Фото 5 .

Вот что у нас получилось.

Таблица наблюдений за снежными узорами

Дата наблю-дения

Время наблю-дения

4декабря 2020г.

14декабря 2020г.

15.00.

Температура воздуха и осадки

15.00.

19декабря 2020г.

- 13…-9; сильная облачность, без осадков

Что интересного мы наблюдали

На окне в комнате появились снежные узоры. Они похожи на пушистую еловую ветку. На веранде окно украшено цветами, исходящими от основного стебля.

26декабря 2020г.

-17…-14; снегопад

15.30.

30декабря 2020г.

17.00.

На окне веранды витиеватые загогулинки, узоры похожи на чудесные цветы. По такому узору можно определить, что будет снег. На окне в комнате продолжают расти пушистые еловые веточки, покрытые блестящими снежинками.

-20…-17; без осадков

Наблюдали морозные узоры на окне веранды, они похожи на диковинные цветы с другой планеты. На окне в комнате выросло волшебное дерево.

-24-…-20; без осадков

15.00

На окне веранды появились новые замысловатые узоры. Они похожи на перья диковинных птиц.

-27…-23; облачно

Ветки снежных растений поднимаются вверх по оконному стеклу — будет мороз,

На окне веранды витиеватые загогулинки, узоры похожи на чудесные цветы. По такому узору можно определить, что будет снег.

Проанализировав и сопоставив результаты проведённых наблюдений и измерений можно сделать следующий вывод: по снежным узорам на окнах можно судить об изменении температуры воздуха на улице. Таким образом, гипотеза нашего проекта подтвердилась .

Фотография 1 9 . 1 2 .20 20 г

Фотография 26 .1 2 .20 20 г

Фотографии 30.12.2020г.

Мы попытались подражать Морозу Наши рисунки

III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

3.2. Эксперимент

Каждый знает, что узоры на стекле недолговечны – начинает пригревать солнышко и морозные узоры становятся менее четкими, расплываются и стекают струйками воды вниз по стеклу.

А можно ли сделать такие узоры самому? Мы нашли ответ на этот вопрос в энциклопедии забавных игрушек. Делается эта ледяная красота достаточно несложно.

Опыт № 1

Для этого нам потребуется: чашка, кисточка, кусочек стекла, 1 стакан воды и 2 стакана сахара.

Смешиваем воду и сахар до получения однородной кашицы. И с помощью кисточки приступаем к рисованию на стекле. А когда узоры будут готовы, остается лишь дождаться зимнего солнышка, - и кристаллики заблестят и заискрятся морозным светом. Совсем как на окне. Приложение

Вывод: смешав воду с сахаром, можно нарисовать узоры самостоятельно.

Искусственные узоры

С помощью кисточки рисуем узоры на стекле.

Фото. Узоры на моём окне

Красив снежный узор на окнах …

Вывод: смешав воду с сахаром, можно нарисовать узоры самостоятельно. Кристаллики заблестят и заискрятся морозным светом. Совсем как на окне.

Опыт № 2

Для этого нам потребуется: ¼ стакана холодной воды, 5 г сухого желатина, морозильная камера.

В стакан с водой высыпаем желатин и ждем, пока он набухнет. После нагреваем стакан на водяной бане до температуры 50 градусов, до тех пор, пока кристаллики желатина полностью не растворятся. Остужаем раствор до комнатной температуры, выливаем его тонким слоем на кусочек стекла и ставим в морозилку. Через один-два дня стекло нужно вынуть, дать высохнуть конденсату, и можно любоваться получившимися морозными узорами! (Приложение 2).

Выводы: проведённые эксперименты доказывают, что подобные узоры можно сделать своими руками в домашних условиях .

е

е

Красота созданная природой

IV. ВЫВОДЫ

Цель, которую мы ставили перед собой, достигнута. Наша гипотеза подтвердилась и и мы сделали следующие выводы:

• узоры на окне появляются в мороз, когда на поверхности стекла конденсируется влага теплого комнатного воздуха.
• Морозные рисунки на стекле – это большие кристаллы льда, растущие из водяного пара на границе тепла и холода, образуются с внутренней стороны стекла.
• Морозные узоры на стёклах не образуются, если температура воздуха у стекла понижается, став такой же, как и температура самого стекла.
• Вид узора на поверхности стекла зависит от температуры внутри помещения и снаружи, влажности воздуха в помещении, толщины стекла и загрязненности его поверхности.
• Под воздействием солнечных лучей морозные узоры исчезают.
• Узоры образуются на окнах помещений, где недостаточна герметичность. На пластиковых окнах этот процесс не наблюдается.
• По морозным узором можно предсказывать погоду.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ

ИНТЕРНЕТ

• Варламов С. Снежинки и ледяные узоры на стекле // Квант, 2002. № 5.
• Громов С.В. Физика: Школьная энциклопедия. – М.:Дрофа, 1999.
• Запартович Б. Б. «С любовью к природе.» - М: Педагогика, 1978.
• Зубкова Н. М. Пять тысяч – где. Семь тысяч - как, сто тысяч - почему. Опыты и эксперименты для детей от 5 до 9 лет-СПб. : Речь, 2008.-64с.

Интернет-источники:

http://www.kakprosto.ru/kak-887811-pochemu-zimoy-uzory-na-oknah-takie-krasivye-poluchayutsya#ixzz3xexog0Os

http://сезоны-года.рф/морозные%20узоры.html

http://ru.wikipedia.org

http://allforchildren.ru/why/where15.php - все для детей

Спасибо за внимание !