Войти
Классическая форма шипа 
Форма ледяной свечи 
Перевернутая пирамида форма 
Начало ледяной башни трапециевидной формы в ведре с замороженной дождевой водой 
Play media Три шипа льда, растущие в морозильной камере домашнего холодильника ледяной шип представляет собой образование льда, часто в форме перевернутой сосульки, которое выступает вверх от поверхности тела замерзшей воды. О ледяных шипах, образовавшихся в результате естественных процессов на поверхности небольших замерзших водоемов, сообщалось в течение многих десятилетий, хотя они встречаются довольно редко. Механизм их образования, известный сейчас как модель Балли – Дорси, был предложен в начале 20 века, но в течение многих лет не тестировался в лаборатории. В последние годы в Интернете появилось несколько фотографий шипов природного льда, а также способов их искусственного производства путем замораживания дистиллированной воды в домашних холодильниках или морозильниках. Это позволило небольшому количеству ученых проверить гипотезу в лабораторных условиях, и, хотя эксперименты, похоже, подтверждают справедливость модели Балли-Дорси, они подняли дополнительные вопросы о том, как образуются естественные ледяные шипы, и предстоит еще много работы. быть сделано до того, как явление будет полностью понято. Натуральные ледяные шипы могут вырастать в формы, отличные от классической формы шипов, и о них по-разному сообщают как ледяные свечи, ледяные башни или ледяные вазы, поскольку нет стандартная номенклатура для этих других форм. Одна особенно необычная форма имеет форму перевернутой пирамиды.
Хотя естественные ледяные шипы обычно измеряются в дюймах или сантиметрах, отчет, опубликованный в информационном бюллетене исторического общества Харбор-Крик канадцем Джином Хойзером, который путешествовал по замерзшим Озеро Эри в 1963 году говорило о «небольших отверстиях во льду, через которые вода под давлением периодически вынуждалась под давлением выходить в воздух и замерзать, производя замерзание высотой пять футов (1,5 м)». струи, которые казались ему телефонными столбами, стоящими прямо над всем озером ».
На протяжении десятилетий сообщалось, что ледяные шипы являются редким природным явлением. Модель механизма образования независимо была предложена О. Балли и Х. Дорси в начале 20-го века, и это до сих пор остается наиболее широко распространенным объяснением этого явления. Шипы, как правило, образуются в контейнерах, таких как ванночки для птиц и поилки для домашних животных, где вода быстро замерзает, а не в больших водоемах, таких как озера и пруды. Был опубликован ряд веб-страниц, на которых представлены фотографии необычных ледяных образований и обсуждаются явления, а также сообщается о ряде случаев образования ледяных шипов на кубиках льда в домашних холодильниках. Способность выращивать ледяные шипы в контролируемой среде побудила исследователей физического факультета Калифорнийского технологического института под руководством Кеннета Г. Либбрехта провести небольшое количество исследований. в условия, необходимые для образования шипов.
Естественные ледяные шипы, часто в форме круглых ледяных свечей или многогранных ледяных башен (обычно треугольной формы), иногда встречаются в емкостях с замороженной дождевой или водопроводной водой. Вода расширяется на 9%, когда замерзает в лед, и простейшая форма кристалла льда , отражающая его внутреннюю структуру, - это гексагональная призма. Верхняя и нижняя грани кристалла представляют собой гексагональные плоскости, называемые базисными плоскостями, а направление, перпендикулярное базисным плоскостям, называется осью c.
Процесс начинается, когда поверхностная вода образует ядро вокруг неровностей там, где встречается со стенкой контейнера, и замерзает внутрь. Если ось c первого формируемого кристалла не вертикальна, базисная плоскость пересекает поверхность по линии, перпендикулярной оси c, и иглы льда имеют тенденцию распространяться по поверхности вдоль этой линии. В то же время ледяная завеса врастает в переохлажденную воду вдоль базовой плоскости. По мере того, как ледяная пленка растет, чтобы покрыть большую часть поверхности, кристаллы сливаются и жестко фиксируются на месте, а ледяной покров продолжает замерзать к середине, пока незамерзшим не останется только небольшое отверстие. Завесы из кристаллита имеют тенденцию соединяться под углом 60 градусов, поэтому отверстие часто имеет треугольную форму, хотя возможны и другие геометрические формы. Продолжающееся расширение льда вниз в воду выдавливает оставшуюся воду через отверстие, и образуется выпуклый мениск, который выступает немного выше поверхности льда. Когда края мениска замерзают, они создают небольшую плотину, которая заставляет воду подниматься выше, а когда она расширяется над ледяной плотиной, края снова замерзают, образуя еще одну плотину поверх первой. Если скорость расширения воды такая же, как и скорость замерзания на кромке отверстия, то этот процесс постоянно повторяется, и последовательные слои образуют трубку льда. Рост трубки продолжается таким образом, пока кончик не закроется, или пока вся вода не замерзнет. Образование ледяных шипов связано с формой водоема, концентрацией растворенных примесей, температурой воздуха и циркуляцией воздуха над водой. Шипы, которые растут из кристаллита, образовавшегося под поверхностью воды, могут выступать из ледяного покрова под крутым углом, а не перпендикулярно ему.
Ледяные шипы в лотке для кубиков льда Маленькие шипы льда могут быть образованы на льду искусственно кубики, произведенные в домашних холодильниках с использованием дистиллированной воды в пластиковых лотках для кубиков льда. Формирование шипа аналогично образованию шипа естественного происхождения в том, что расширение внутренней воды и уменьшение объема внутри куба увеличивают давление на воду, выталкивая ее вверх через отверстие. Рост трубки прекращается, когда капля наверху трубки полностью замерзает, что происходит существенно раньше, чем остальная вода в кубе замерзает. Этот метод позволяет получить небольшие шипы, обычно круглой или треугольной формы с острыми концами. Эксперименты с использованием этого метода проводились в лабораторных условиях, но было обнаружено, что шипы с меньшей вероятностью образуются в кубиках льда, сделанных из недистиллированной воды, поскольку примеси в воде препятствуют образованию шипов. Это ставит вопрос о том, как естественные ледяные шипы образуются в водопроводной или дождевой воде, и Либбрехт и Луи предположили, что в случае маленьких шипов, выращенных в холодильнике, примеси будут все больше концентрироваться в маленькой незамерзшей капельке наверху трубка, уменьшающая скорость замораживания и, следовательно, рост трубки. Однако они считают, что в тех редких случаях, когда в естественных открытых ледяных образованиях растут исключительно большие шипы, какой-то другой механизм должен удалять загрязнения, которые накапливаются в верхней части трубы для выращивания. Либо примеси могут попасть в карманы, которые замерзают медленнее, либо, возможно, конвективный поток, который будет незначительным в меньших, искусственно выращенных шипах, заменяет воду в верхней части трубы пресной водой снизу.
Результаты работы, проведенной в Калтехе, позволили предположить другие эксперименты, которые можно было бы провести для дальнейшего изучения этого явления.
 | Викискладе содержит материалы, связанные с: ледяным шипом (категорией ) |
