Cristales fascinantes: el secreto de los copos de nieve

Cristales fascinantes: copos de nieve

En un momento comenzamos...

Cristales fascinantes: copos de nieve

Ponente: Mariana Castro AzpírozFotografía: Kenneth G. Libbrecht, snowcrystals.com

Copos de nieve

• Algo proveniente de nube en clima frío.
• Puede ser aglomeración de cristales.

¿Copos o cristales?

Vs

Cristal de nieve

• Arreglo hexagonal de moléculas de agua.
• Cristal de hielo individual.

Agua-nieve

• Gotas de lluvia congeladas.
• Estado líquido a sólido.

No es lluvia congelada

Vs

Cristal de nieve

• Vapor de agua solidificado.
• Cristalización = no pasa por estado líquido.

Un poco de historia...

Olaus Magnus

Wilson Bentley

Johannes Kepler

Arzobispo escandinavo1555

Científico alemán1611

Granjero estadounidense1885

Han Yin

René Descartes

Thomas Harriot

Ukichiro Nayaka

Académico chino135 A. C.

Astrónomo inglés1591

Físico japonés1936

Filósofo y matemático francés1637

Diagrama de Nakaya

Físico japonés Ukichiro Nakaya lo determinó creciendo cristales artificialmente en su laboratorio en los años 30s.

Profesor de física en el Instituto de Tecnología de California (Caltech). Estudia la dinámica molecular del crecimiento de cristales, incluyendo la física de los copos de nieve. Escultura: artista de cristales de nieve. Autor de varios libros. Galería fotográfica en snowcrystals.com

Kenneth G. Libbrecht

Profesor de física en el Instituto de Tecnología de California (Caltech). Estudia la dinámica molecular del crecimiento de cristales, incluyendo la física de los copos de nieve. Escultura: artista de cristales de nieve. Autor de varios libros. Galería fotográfica en snowcrystals.com

Kenneth G. Libbrecht

Crecimiento de cristales

Se forma una placa hexagonal: cristalización del agua.

El vapor de agua se condensa alrededor del cristal.

Le crecen ramas de cada punta conforme va creciendo.

Las condiciones de temperatura y humedad en su trayecto determinan la forma.

• Los 6 siguen mismo camino = simetría.
• Cada cristal sigue distinto trayecto = copos únicos.

Tipos

Prismas hexagonales

Cristales de polvo de diamante

Tipos

Grandes y comunes

-15° C

Dendritas estelares

Tipos

-6° C

-6° C

-15° C

Pequeñas y comunes

Dendritas estelares con forma de helecho

Columnas

Agujas

Tipos

-6° C

-15° C

Columnas con tapa

Tipos

Pequeños y raros

Cristales triangulares

Tipos

Colisión entre dos de 6 ramas

Cristales de 12 ramas

Tipos

Colisión con gotas de agua que se congelan al tocarlo

Escarchados y granizo suave

Copos raros

Tamaño

10.1 mm

Dendrita estelar tipo helecho

26 cm

0.05 mm

Polvo de diamante

Copos extremadamente frágiles en forma de plato.Condiciones de gran calma.

PROCESOS DE FORMACIÓN DE COPOS DE NIEVE

FORMACIÓN DE FACETAS

RAMIFICACIÓN

AFILADO

Formación de facetas

"Pequeñas caras"

• Moléculas de agua en el aire chocan contra la superficie del cristal y se unen.
• Zonas rugosas = más enlaces químicos disponibles = se adhieren mejor = se llenan.
• Zonas lisas acumulan material más lento.

Cristales pequeños / crecimiento lento

Ramificación

• Inestablidad de crecimiento.
• Puntas se extienden hacia aire húmedo crecen más rápido.
• Gran velocidad = asimetría.
• Ligeramente fractales.

Copo de nieve de Koch

Cristales más grandes / crecimiento rápido

Afilado

de orillas

• Inestablidad de crecimiento.
• En facetas de menos de 100 moléculas de ancho es especialmente sencillo que se adhieran más sobre ellas.

Blanca Navidad

¿Por qué la nieve es blanca?

Rebota entre cristales y la transmitida se refleja, generado el color blanco.

Objeto negro

Objeto blanco

Objeto rojo

En el laboratorio...

Desde fotografía hasta copos sintéticos - Kenneth G. Libbrecht

Fotografiando copos

Filtro arcoiris

Ilumina cristales con distintos colores a diferentes ángulos

Cambio de medio = cambio en vel. de propagacion y dirección.< v = < long.

40 - 42 °

Fotografiando copos

El juego de la luz

• Luz de colores ilumina cristal.
• Hielo dobla rayos de luz y acentua detalles.
• Fondo brillante.

• Luz reflejada remarca orillas.
• Superficie lisa transparente.
• Fondo negro.

Cristales de nieve de diseñador

o cristales sintéticos

• Vapor de agua en laboratorio.
• Condiciones controladas de temperatura y humedad permiten diseñar forma final.

LABORATORIO DE COPOS DE NIEVE

Muchos cristales hexagonales pequeños sobre sustrato de safiro.

Sopla aire húmedo suavemente y observa crecimiento en pantalla.

Fotografía en tiempo real: 15 mins hasta 2-3 hrs.

Sintéticos: orillas rectas y bien definidas. Naturales: más redondeadas por evaporación.

A veces las gotas de agua se condensan en el sustrato.El hielo absorbe vapor de agua del aire, así que no se condensan cerca de los cristales.

0.36 mm

1.9 mm

Inversión de fotos y juego de colores.

Fotografía con fondo blanco, les da aspecto de orillas azuladas.

ViDEOS

Creciendo cristales de nieve en laboratorio

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