Как образуются морозные узоры на стекле. Почему зимой узоры на окнах такие красивые получаются. Звездчатые узоры трихиты

Хаотичные линии, широкие полосы и дуги, мельчайшие древесные мотивы… Главный художник зимой — мороз, который рисует на окнах неповторимые картины. Как это происходит?

Если говорить научным языком, то происходит заиндевение внутренней поверхности стекла. Дело в том, что температура воздуха вблизи окон в зимнее время года всегда ниже, чем в остальном помещении. Холодный воздух не может содержать столько же влаги, сколько и теплый, он выпадает в виде инея зимой или росы летом. Если температура стекла выше нуля, то окна покрываются мельчайшими капельками влаги — запотевают (те, кто носят очки, поймут, о чем речь). А если ниже нуля, то водяной пар оседает не в виде капель воды, а сразу в виде кристалликов льда (то есть происходит переход воды из газообразного состояния сразу в твердое — сублимация). Такие кристаллы льда (иней) и покрывают тонким слоем стекло.

А рисунок связан с движениями воздуха в помещении: двигаются люди, работает вытяжка, окна открываются для проветривания, есть щели в рамах и т. п. Важную роль играют особенности поверхности стекла (мельчайшие царапины, пыль или отпечатки пальцев и др.). Сочетание этих факторов и формирует неповторимый морозный узор.

Заиндеветь, кстати, могут не только окна, но и любые охлажденные до отрицательной температуры предметы, которые с улицы внесены в теплое помещение. Просто выглядит иней на них не так эффектно, да и предметы эти обычно быстро нагреваются до комнатной температуры. Другое дело — окна, низкая температура которых поддерживается внешним холодом.

И главное — рисунок на окнах говорит еще и о том, что в помещении плохая теплоизоляция. В современных стеклопакетах, где используется два или даже три стекла, морозные узоры уже не образуются. В этом случае между стеклами находится вакуум с нулевым содержанием влаги и на холодном стекле (на том, что соседствует с улицей) просто нечему оседать. Сейчас удел морозных узоров — дома в деревнях, окна некоторых автобусов и троллейбусов. Прогресс оставляет романтику в прошлом…

Человеку всегда важно знать, какая будет погода, поскольку она влияет на его деятельность и самочувствие. Наблюдая природу в ненастье и в солнечный день, в сумерки и ночью, люди отмечали характерные признаки, предваряющие те или иные изменения погоды. Так появились многочисленные приметы – свидетельства народной мудрости, многие из которых основаны на простом снежном узоре.

Красив снежный узор на окнах в блеске утреннего солнца и в густой синеве зимних сумерек, когда рано утром встаешь с постели, потягиваешься, подходишь к окну… И вот, О, ЧУДО!!! На окне опять волшебство. Да, да. Не удивляйтесь. Самое настоящее волшебство: сказочные деревья, чарующий лес, необыкновенные цветы. Это так притягательно красиво, необыкновенно и загадочно, что мне всегда интересно узнать: почему мороз рисует на окнах снежные узоры? Можно ли по узору предсказывать погоду? Какие волшебные превращения образуются на стекле и зависят ли они от температуры воздуха?

Оказывается, водой! Прозрачным водяным паром, который всегда есть в воздухе. Есть он и в комнате. И между двойными рамами окон – всюду! Теплые пары воды оседают на холодных стёклах окон и превращаются в кристаллы льда, так же как снежинки в небесной вышине. Таких кристалликов много, они соединяются друг с другом. Для того чтобы началась кристаллизация, первым ледяным кристалликам нужно на чём-то осесть. На ещё не замерзшем окне первые кристаллики появляются, прежде всего, в тех местах, где на стекле есть царапины, грязь. Порой на совершенно не замерзшем стекле мороз нанижет гирлянду снежинок вдоль едва заметной царапины. Иногда стекло кажется чисто вытертым, а мороз нарисует на нём узоры, проявляющие следы салфетки, которой протирали окно.

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.

Чем сильнее мороз на улице, тем больше кристаллов-льдинок образуется и

цепляется к царапинам и пылинкам на стекле.

При росте кристаллов, особенно если рост идёт очень быстро, часто образуются так называемые скелетные формы и ветвистые кристаллы, или дендриты. Примерами дендритных кристаллов и являются ледяные узоры на стекле и снежинки.

Среди снежинок встречаются «пластинки», «пирамиды», «столбики», «иглы», «стрелы», простые или сложные «звездочки» с сильно разветвлёнными лучами.

Каждая из них - единственная в своём роде. Но при этом все они имеют шесть граней и одну ось симметрии

Пространственная решётка кристаллов льда.

Шарики изображают атомы кислорода; положения атомов водорода

не показаны. Первым эту особенность снежинок отметил немецкий астроном Иоган Кеплер.

Учёные установили, что форма снежного кристалла повторяет молекулярную структуру льда – его кристаллическая решётка как раз состоит из шестиугольников.

Получается, что внутреннее строение снежного кристалла определяет его внешний облик.

Первые систематические исследования снежных кристаллов предпринял в 30-х годах XX 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.

На стекле замёрзшего окна легко увидеть, как возникают, растут и постепенно меняют свою форму кристаллы льда. Сначала морозные рисунки начинают появляться в нижней части окна. Как правило, здесь скапливается большое количество воды, а затем морозные кристаллы постепенно поднимаются вверх.

Можно расчистить в непрозрачном слое льда, затянувшего окно, круглый «глазок», подышав на замёрзшее стекло или приложив к нему палец. Если перестать греть глазок, то он опять затянется слоем льда, так же как замерзает прорубь на реке от холодного дыхания мороза.

Если понаблюдать внимательнее за тем, как закрывается глазок, можно увидеть: сначала от его краёв к середине вытягиваются тонкие иголочки – нежный, еле видимый узор. От этих иголочек в стороны ответвляются новые иголочки, перышки, звёздочки. Вот уже весь глазок покрыт ими, как тончайшим кружевом, а от краёв глазка растёт новый слой иголочек и звёздочек, закрывая первое плетение, - отдельные веточки соединяются, сливаясь в сплошной слой. Так происходит рост кристаллов льда.

Новые кристаллы всегда начинают расти от краёв глазка, от слоев льда, которые не растаяли. Этому есть простое и понятное объяснение: пристроиться к уже готовой кристаллической решётке частицам воды легче, чем начинать строить новую решётку.

Снежный кристалл часто растёт как фрактал, образуя сложную нерегулярную структуру, части которой подобны целому.

В природе фракталы можно увидеть повсюду – в очертаниях гор, рек, морских берегов, деревьев, сосудистой системы…И в морозных узорах на окнах!

Фракталы – множества с крайне нерегулярной разветвлённой и изрезанной структурой. Термин введён Б. Мандельбортом в 1975 году, хотя подобные объекты изучались в математике с конца XIX века. Основной характеристикой фрактала является дробная размерность.

Когда воздух охлаждается, содержание влаги в нём уменьшается, избыток воды конденсируется на оконном стекле. Когда температура воздуха опускается ниже 0ºС, вода кристаллизуется.

Почему же в мороз появляются рисунки на оконном стекле? С одной стороны, сами кристаллики имеют свою структуру, которая определяет рисунок. Кроме того, царапины на поверхности стекла, частички пыли, воздушные потоки помогают Деду Морозу создавать красивые узоры на окнах.