Znanost

Ali želiš narediti snežaka? Fizika lahko pomaga | Znanost

Brez čarobnih moči ledene princese je gradnja popolnega snežaka lahko resen izziv. Pogosto se naša prizadevanja izkažejo nekoliko na grudastih ali stranskih straneh in se hitro stopijo v neprepoznavne grudice. Toda izdelava lastnega osebnega Frostyja ali Olafa ostaja najpomembnejša zimska zabava.

Veliko YouTube video posnetki in spletna mesta za starše ponujajo nasvete za izdelavo snežakov, na internetu pa je približno toliko navodil, kako parodij Let It Go. Nekdo celo patentiran navodila za izdelavo snežaka / snežake v letu 2011. Toda če nimate naravoslovja, so vsi nasveti ničesar. Razumevanje fizikalnih lastnosti snega vam lahko pomaga ugotoviti, ali je vaša mojstrovina sploh izvedljiva, načela zlaganja pa vam bodo nato lahko vodila prizadevanja.



Najprej se pogovorimo o snegu. Sneg je lahko premoker ali presuh, poudarja Dan Snowman , fizik na Rhode Island College v Providenceu. Znanstveniki sneg dejansko razvrščajo glede na njegovo vsebnost vlage - količino proste vode glede na ledene kristale -, zato je ne smejo zamenjati s količino vode, ki bi jo sneg ustvaril, če bi se stopil. Sneg je v petih kategorijah: suh (nič odstotkov vode), vlažen (manj kot 3 odstotke), moker (3 do 8 odstotkov), zelo moker (8 do 15 odstotkov) in bljuzga (več kot 15 odstotkov).



Po tej lestvici je vlažen do moker sneg idealen za gradnjo snežakov Jordy Hendrikx , snežna znanstvenica z državne univerze v Montani. Suh sneg je kot puder v prahu z delci, ki se ne držijo zelo dobro, medtem ko je bljuzga preveč tekoča, da bi držala obliko. Brezplačno vodo si lahko predstavljate kot 'lepilo'. Potrebujete dovolj, da kristale zlepite skupaj, vendar ne preveč. V nasprotnem primeru ne bo mogel ustvariti trdnega snežaka, pravi Hendrikx.

Morfologija snežnih kristalov

Oblike snežnih kristalov se znatno spreminjajo s temperaturo.(Kenneth Libbrecht / Na podlagi poskusov U. Nakaya)



Temperatura zraka v okolici večinoma določa količino vode v snegu in tudi njeno kristalna struktura . Mokri in vlažni snegi padejo okoli 32 stopinj Fahrenheita. Daleč pod lediščnimi temperaturami je bolj suh sneg, ker več vodnih delcev zmrzne v kristale. Sveže padli mokri ali vlažni snežni kristali so običajno oblikovani kot klasične razvejane snežinke, imenovane dendriti, ki zagotavljajo veliko površino, na katero se lahko zlepi vodno lepilo. V hladnejših razmerah nastanejo ploščate oblike plošč z manjšo površino, zaradi česar je še težje oblikovati suh prah v snežne kepe in snežake.

Leta eksperimentiranja in raziskovanja z mojimi otroki razkrijejo enakovrednost snega in vode približno 5: 1, tako da je sneg idealen za izdelavo popolnega snežaka, pravi Snowman.

enkrat v modri luni v pomenu

Torej, kakšna nevihta bi ustvarila to posebno mešanico vlažnega ali mokrega snega? Najboljše nevihte so tiste, ki pridejo dokaj toplo - za sneg je, pravi Hendrikx. To pomeni le stopinjo ali dve nad ali pod lediščem. Na ameriški vzhodni obali hladen, moker vzhodnjak - za razliko od snežni vihar, ki je ta teden prizadel severovzhod - bi naredil trik. Polarni vrtinčni pogoji bi bolj verjetno posuli suh prah, ki ponuja mehko in gladko vožnjo, idealno za smučanje.

Ko je surovina na tleh, je čas, da izberete površino za gradnjo snežaka. Najbolje je ravno, toda asfalt absorbira in zadržuje toploto sončne svetlobe, zato se izogibajte dovozom. Ravno mesto ob dnu velikega hriba bi lahko dalo senco in zaščitilo vašo stvaritev pred neposredno sončno toploto - čeprav se lahko konča kot tarča za sani.

Krogle so najboljši gradniki snežakov. Oblikovanje snežnih kep in pakiranje snega skupaj pritiskata na ledene kristale, tako da se nekateri med gradnjo stopijo. Po taljenju bo voda spet kristalizirala in med seboj snežno kepo povezala, ugotavlja Snowman.

Zamrznjeno zlaganje

(Animirani gif preko bloodydifficult.tumblr.com / Disney)

Ko gre za zlaganje, je običajna velika-srednje-majhna struktura način, da se izognemo prevrnitvi. Ohranjanje nizkega središča mase snežaka je najpomembnejše pri izdelavi katerega koli snežaka, pravi Snowman. The središče mase se nanaša na točko v katerem koli predmetu, kjer je koncentrirana njegova masa - če bi lahko uravnotežili snežaka na prstu, bi ga držali v središču mase, da bi bil stabilen. Bližje ko je ta točka tlom, manj verjetno je, da bo vertikalni predmet padel.

Študenti na Bluefield State College v Zahodni Virginiji gledajo na gradnjo snežakov kot na način poučevanja osnovnih inženirskih načel predlagam da je optimalno razmerje premera za snežne kepe od spodaj navzgor 3: 2: 1. To razmerje ohranja podlago v zadostni velikosti, da podpira skupno težo zgornjih dveh snežnih kep. Po nekaterih podatkih je obrnjena konstrukcija snežaka izvedljiva, a verjetno nevzdržna. Ti so približno tako pogosti kot opažanja Sasquatcha, opozarja Snowman.

In svojega gnusnega snežaka ne gradite prevelikega, ker lahko obstaja zgornja meja velikosti krogel, ki je povezana z vsebnostjo vode v snegu. Ko snežna kepa raste, je težje izvajati pritisk, da se primerno spakira, pravi Snowman. Posledica tega je nestabilna struktura delov telesa Frostyja in lahko katastrofalna okvara.

Poleg stabilnosti lahko krogle pomagajo vašemu snežaku, da doseže dolgo življenjsko dobo, saj oblike zmanjšujejo površino, izpostavljeno naraščajočim temperaturam, in tako upočasnjujejo taljenje. To daje Frostyju najboljše možnosti, da ostane miren in hladen, pravi Snowman. Na žalost je taljenje ob dvigu temperature neizogibno. Zahvale gredo Zamrznjeno , vsi vemo kaj se poleti zgodi s snežaki .



^