Documentul detaliază istoria și formarea fulgilor de nea, începând cu studiile lui Johannes Kepler și continuând cu cercetările lui Nakaya, care au elucidat complexitatea strucuturilor cristalelor de zăpadă. Se explică procesul prin care fulgii de nea se formează din vapori de apă și cum condițiile atmosferice influențează diversele forme ale acestora. Fulgii de nea au o simetrie hexagonală care derivă din geometria rețelei cristaline a gheții și reflectă modul în care moleculele se auto-asamblază la nivel microscopic.

1. POVESTEA FULGILOR DE NEA
Elev: Odobasa Catalina clasa a XI-a E
Coordonator: prof. Tanasie Adina

2. Istoria fulgilor de nea
Mulţi oameni de ştiinţă a lungul istoriei au sa dezlege misterele fulgilor de zapada.
În 1611 Johannes Kepler a publicat un scurt tratat cu aceasta tema, care a fost prima referinţă
ştiinţifică la cristale de zăpadă. Kepler incearca sa raspunda la intrebarea potrivit careia cristalele
de zăpadă prezintă întotdeauna o simetrie de şase ori.La vremea aceea intrebarea a ramas fara
raspuns , caci nu existau mijloace necesare unei asemenea investigatii
Mai mult pe Rene Descartes , filosof şi matematician, a fost primul care a descris, suficient de
precis, morfologia cristalului de zăpadă. Aceste note includ observaţii asupra fulgilor de zăpadă
cu 12 feţe
Robert Hooke în 1665 a publicat un volum mare intitulat „ Micrographia”, continand multe desene
ale cristalelor de zăpadă. Pentru prima dată a dezvăluit complexitatea şi simetria structurii
cristalelor de zăpadă
In 1931 , A. Wilson Bentley ,un fermier american, a capturat 5000 de imagini ale fulgilor de
zapada .Mai mult de 2000 au fost publicate în 1931 în faimoasa sa carte, Snow Cristale
In 1954 Nakaya Ukichiro, fizician japonez, a fost prima persoană care a efectua un studiu
adevărat, sistematic asupra cristalelor de zăpadă. Acest studiu a reprezentat un salt uriaş în
înţelegerea formarii si complexitatii cristalelor de zapada.El studiat in detliu fulgii de nea ,
fotografiind marea varietate de tipuri de cristale de gheata. Triumful real al lui Nakaya , a constat
in creşterea cristalelor de zăpadă artificială în laborator, în condiţii controlate. Din studiul acestor
cristale, Nakaya a fost capabil să descrie morfologia cristalului în diferite condiţii de mediu, cea ce
oferă un indiciu extrem de important pentru înţelegerea formarii fulgului de nea.
Cea mai mare parte din munca Nakaya a fost publicată în 1954 într-o frumoasă carte intitulată
„ Cristale de zăpadă: naturale şi artificiale”.

3. Cat traiesc fulgii de nea?
Povestea lor este cuprinsa in circuitul apei in
natura:
Murdaria si particulele de praf se pot amesteca in
apa si pot afecta greutatea si durabilitatea fulgilor
de nea. Particulele de murdarie fac un fulg de
zapada sa fie mai greu; de asemenea, acestea
afecteaza durabilitatea zapezii. Fulgii ce contin
particule de murdarie se topesc mai usor.
Fulgii de zapada nu sunt identici si nici nu sunt la
fel pe toate laturile deoarece temperaturile instabile,
prezenta murdariei si alti factori existenti in
atmosfera pot produce asimetria unui fulg de
zapada.
Cu toate acestea, este adevarat si ca o multime de
fulgi de nea sunt simetrici si incalciti. Acest lucru se
datoreaza faptului ca forma unui fulg de zapada
reflecta ordinea interna a moleculelor de apa.
Aparitia lor se intampla în jurul temperaturii de
-10 ° C (14 F), si este un proces gradual
În cazul în care o picătură special, îngheaţă,
devine o particulă mică de gheaţă înconjurat de
picăturile de apă lichidă rămasă în nor.Aceasta
creste pe masura ce la suprafata gheatii se
condensează vaporii de apa, formând un fulg de
nea

4. Ce sunt fulgii de nea?
Povestea incepe cu....o picatura de apa care devine un cristal de gheata.
Fulgii de zapada nu sunt nimic altceva decat ...gheata, insa formele pe care
le iau sunt de o complexitate incredibila.
Un fulg de zapada se formeaza din combinatia mai multor cristale de gheata.
Exista practic un numar infinit de aranjamente posibile.
Un singur fulg de nea este alcatuit din 2 pana la 200 cristale fine de gheata.
Procesul prin care se formeaza acestia este acela de condensare a vaporilor
de apa pe particulele de praf intalnite in atmosfera.
Fulgi de zăpadă se fomeaza din vapori de apă
Fulgi de zăpadă nu sunt picaturi de ploaie îngheţate. Uneori, picăturile de
ploaie se congeleaza cand acestea cad, dar aceasta este lapoviţă.Particulele
de lapoviţa nu au nici complexitatea si nici simetria cristalelor de zăpadă.
Cristale de zăpadă atunci când se condensează sub formă de vapori de apă
direct în gheaţă, care se întâmplă în nori.

5. Cum se formeaza fulgii de nea?
• Cristale de zăpadă se formeaza prin condensarea vaporilor de apă direct în gheaţă,lucru
care se întâmplă în nori.
• Reteaua cristalina a ghetii este hexagonala
• Forma cea mai de bază de un cristal de zăpadă este o prismă hexagonală. Atunci când
cristalele de zăpadă sunt foarte mici, ele sunt în mare parte în formă de prisme hexagonale
simple. Dar, pe masura ce cresc, devin din ce in ce mai complexe.
• Kenneth Libbrecht, profesor de fizica de la California Institute of Technology studiaza formarea
fulgilor de zapada, observand diferitele aranjamente care apar in diferite conditii.
Formarea cristalelor,este o problema foarte complicata, iar cresterea fulgilor de zapada
reprezinta un caz particular foarte interesant.
• Apar diferite structuri, in functie de temperatura si umiditatea mediului. Acest comportament
poate fi rezumat in 'diagrama morfologica' in care este trecuta forma cristalului in functie
de conditii.

6. Cum se formeaza fulgii de nea?
• In jurul temperaturii de -2 C (28 F) apar placi
subtiri si stele ;
• La -5 C (23 F) apar coloanele si acele zvelte;
• Placi si stele se formeaza din nou aproape de -15 C
( 5 F);
• O combinatie de placi si coloane se formeaza in
apropierea temperaturii de -30 C ( - 22 F)
• Cristalele de zapada au tendinta de a alcatui forme
simple atunci cand umiditatea ( suprasaturatia )
este scazuta , iar formele complexe se formeaza la
umiditati mari ;
• Forme extreme : ace lungi in jurul temperaturii de
-5 C si placi subtiri in jurul celei de -15 C si
umiditate mare;
• Creşterea depinde de exact modul în care
moleculele de vapori de apă sunt încorporate în
cristal de gheaţă în creştere,
• De ce cristalul de zăpadă isi schimba atât de mult
forma odata cu temperatura rămâne ceva de un
mister ştiinţific..

7. Forma fulgilor de nea
Fulg de nea cu 12 fete • Fulg de nea coloana
• Fulgi de nea stelar
• Fulgi de nea sub forma de ace
•Fulgi de nea stelari plati –
( fulgul de nea are aceasta
forma la temperaturi cuprinse
intre -2 si -15 grade)

8. Tipul fulgilor de nea
• Fulgi naturali • Fulgi artificiali

9. De ce fulgii de nea arata la fel?
Intreaga viata a unui fulg de nea este cuprinsa in
diagrama de mai jos:
• Povestea incepe in straturile superioare
ale atmosferei, cand, in primul minut,
picatura de apa devine un mic cristal de gheata.
• In timp, vaporii de apa incep sa
se condenseze la suprafata, particula de
gheata isi dezvolta repede fetele devenind
o mica prisma hexagonala.
• Pentru un timp ramane asa ,dupa care
continua sa creasca.In cele sase colturi
ale hexagonului cristalul se ramifica sub
forma unor brate ( stadiul al treilea al diagramei )
• In timp ce conditiile atmosferice
( temperatura ,
umiditate,etc. ) sunt aproximativ constante in
interiorul cristalului cele sase brate cresc in
acelasi ritm.
•

10. De ce fulgii de nea arata la fel?
• In timp ce creste, cristalul cade din
nori, trecand prin diferite temperaturi ce se
modifica treptat. Pentru ca dezvoltarea fulgului
de nea depinde exclusiv de tempratura,
complexitatea sa creste pe distanta nor –
pamant.
• Deoarece cele sase brate trec prin aceleasi
conditii, acestea cresc aproape in aceeasi
forma. Rezultatul este un complex
simetric.
• Deoarece fulgii de nea cad unul cate unul
fiind risipiti de nor, acestia cresc in mod
diferit.

11. Ce sincronizeaza cresterea celor sase brate?
• Cele şase braţe ale unui cristal de zăpadă
cresc toate independent. Dar, deoarece
acestea cresc în aceleaşi condiţii, toate
şase au forme similare si cresc in acelasi
ritm

12. De ce cristalele de zăpadă au şase braţe?
• . Simetrie cristalului de zăpadă cu sase
brate derivă din geometria hexagonale din
reteaua cristalina a ghetii:

13. De ce este zăpada albă?
Nu este un colorant alb.
Zăpadă este confectionat din cristale de gheaţă, şi de aproape cristale individuale arata clar, ca
sticla. O gramada mare de cristale de zapada apare alb pentru acelaşi motiv pentru care o
gramada de sticlă pisată, pare alba.
Lumina incidenta este parţial reflectată de o suprafata de gheata,
la fel cum este pe o suprafata de sticla. O mulţime de suprafeţe care reflectă parţial face ca
lumina incidenta sa ricoseze în jurul şi în cele din urmă se reflecta.Din moment ce toate culorile
sunt împrăştiate aproximativ la fel de bine, zapada apare alba.
Lumina roşie este absorbită mai repede decât lumina albastra, astfel, dacă privesti cu atentie o
bucata de zăpadă, poti vedea, uneori, o culoare albastră.

14. De ce fulgii de nea?
Aflam despre modul în care moleculele condensează pentru a forma cristale, un
puzzle interesant în dinamica moleculara Aceste cunoştinţe de bază se aplică si la alte
materiale, de asemenea.
Inţelegem mai bine structura şi formarea prin auto-asamblare. Biologic auto-
asamblarea este un proces extrem de complex, iar noi nu înţelegem cum functioneaza la
un nivel fundamental. Fulgul de zăpadă este un exemplu foarte simplu de auto-asamblare.
Nu există nici un plan sau codul genetic care ghidează dezvoltarea unui fulg de zăpadă, dar
aceste minunate structuri complexe apar, pur si simplu.
Cunoasterea dobandita in urma studiului fulgilor de zapada poate fi aplicata si in
alte domenii care implica condensarea anumitor substante in forme solide. Asemenea
domenii includ productia de semiconductori si nanotehnologia. In aceste domenii
cercetatorii doresc sa obtina anumite structuri predeterminate cu ajutorul procesului de auto-
asamblare spontana a componentelor. Cresterea fulgilor de zapada este un astfel de
exemplu de auto-asamblare care apare in mod natural.