I fiocchi di neve amano la fisica. E la geometria

I fiocchi di neve nascondono un sacco di curiosità anche per gli appassionati di fisica e di... geometria. Per esempio: come assumono quell’aspetto che, al microscopio, appare tanto complesso e caratteristico? I fiocchi partono tutti da una forma “base”, un cristallo esagonale di ghiaccio, da cui progressivamente spuntano “rametti” e altre strutture. Eccone una collezione realizzata da Kenneth Libbrecht, fisico del California Institute of Technology.

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Ecco il fiocco di neve nella sua forma più elementare. Di solito questi fiocchi sono così piccoli che difficilmente si vedono a occhio nudo. Dall’esagono, con modalità non ancora del tutto chiarite, si sviluppano strutture più complesse al variare della temperatura. Questi esagoni piani e sottili si manifestano intorno ai -2° C.

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Simile al fiocco elementare esagonale, presenta la formazione delle prime creste. È l'aspetto che i fiocchi di neve hanno a temperature relativamente... alte, cioè tra i -2° e i -5°.

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La struttura di questi fiocchi si fa sempre più elaborata. Continuano ad essere sottili e piatti, ma si cominciano a vedere sei “lamette” che danno al cristallo la forma di una stella. Si hanno a temperature comprese tra -2 e -5.

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Dagli angoli, dove è più facile “catturare” l’umidità, si creano ulteriori strutture che puntano verso quelle che nascono da altri rami.

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Intorno ai -15° C sui bordi del cristallo-base si forma un piccola “cresta” che si protende verso l’aria umida prendendo la forma di una lama affilata: le lame principali danno vita ad altre secondarie e così via. Tutto nasce agli angoli dell’esagono perché sono questi i punti più lontani dal centro e dunque nelle condizioni migliori per raccogliere l'umidità circostante. Larghi circa 2-4 mm e dunque visibili a occhio nudo, sono i "classici" fiocchi che vengono riprodotti nelle decorazioni natalizie.

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Sono cristalli con strutture sempre più fitte ed elabrate. I “rametti” laterali sono talmente numerosi da ricordare le fronde di una felce. Questi fiocchi sono leggeri e sottili, larghi anche più di 5 millimetri, si depositano sulle tute degli sciatori e formano un manto farinoso e compatto.

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I fiocchi di neve possono avere anche forme diverse da quelle a cui siamo abitutati. Per esempio, in questo caso è quella di un prisma a base esagonale, con all’interno due cavità a forma di cono. Questi fiocchi si manifestano al di sotto dei -5° C e sono piccolissimi: per vederli serve un buon microscopio.

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Altra forma poco “familiare”, i fiocchi di neve a forma di ago: si formano a temeperature attorno ai -5°. Quelli più grandi, alla vista, possono ricordare dei capelli bianchi.

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Sono cristalli che si formano nelle condizioni ambientali che favoriscono le forme allungate ma che successivamente si portano, spinti dal vento, in zone che favoriscono le forme piatte. Il risultato è questa struttura cilindrica con le estremità appiattite.

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Come fa un fiocco di neve ad avere dodici punte invece delle solite sei? Semplice: è formato da due fiocchi sovrapposti, ruotati di un angolo di 30 gradi l'uno rispetto all’altro. Cristalli di questo tipo non sono frequentissimi.

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Questi cristalli si formano in particolari condizioni e a temperature intorno ai -2° C: le loro superfici crescono con la forma di triangoli “smussati”. Sono fiocchi abbastanza rari.

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In qualche caso i cristalli contegono goccioline d’acqua che restano imprigionate durante “scontri” tra i fiocchi di neve e le nuvole che contengono un gran numero di gocce d'acqua.

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Non sempre la neve cade spontaneamente, come avrà avuto modo di notare questo addetto di una stazione sciistica impegnato nel controllo di un cannone spara neve a Steinach, in Germania. Per i periodi in cui i fiocchi tanto cari agli sciatori non abbondano ci si attrezza come si può. Con la neve artificiale, come in questo caso, e anche con la neve istantanea... in lattina, una novità che arriva dagli Stati Uniti. Il nome del gadget tutto invernale è Let it snow – Instant Snow in a Can, si tratta di una semplice latta, come quella dei fagioli, contenente una busta con 20 grammi di preparato per neve fai da te. Basta aggiungere un po' d'acqua e i fiocchi lì, pronti all'uso (si disidrateranno spontaneamente in un paio di giorni). Con il contenuto di una busta si può produrre circa 1 litro e mezzo di neve. Rimane da chiedersi quante lattine servano per preparare un'intera pista da sci.

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Ken Libbrech ha costruito un'intera carriera studiando i fiocchi di neve dal suo laboratorio al Caltech. Ha persino prodotto una macchina per produrre fiocchi di diverse forme e caratteristiche, da fotografare con una fotocamera ad alta definizione collegata a un microscopio.

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Negli anni, la sua collezione di fiocchi si è arricchita di moltissimi esemplari.

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Da scienziato, Libbrech si è costruito una carriera parallela, come "designer" di fiocchi di neve.

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I soggetti delle foto ottenute da Libbrech sono per lo più veri fiocchi di neve catturati in diverse località geografiche.

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Lo scienziato ne ha fotografati in Ontario, Alaska, Svezia, Vermont e Michigan.

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Circa la metà della popolazione mondiale, si legge sul sito di Libbrech, non ha mai visto la neve "dal vivo". Infatti, se pensiamo ai paesi più popolosi, in molte aree della Cina nevica spesso; ma non nevica praticamente mai in India, Indonesia, nelle regioni equatoriali del Sud America, in Africa, e nelle regioni desertiche del Medio Oriente.

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I fiocchi di neve più piccoli hanno lo spessore di un capello umano, e brillano come polvere di diamanti alla luce del Sole (si chiamano infatti, proprio "cristalli di polvere di diamanti").

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Il più grande mai fotografato misura circa 1 cm da estremità a estremità.

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Trovate altre foto e curiosità sui fiocchi di neve sul sito del ricercatore.

Ecco il fiocco di neve nella sua forma più elementare. Di solito questi fiocchi sono così piccoli che difficilmente si vedono a occhio nudo. Dall’esagono, con modalità non ancora del tutto chiarite, si sviluppano strutture più complesse al variare della temperatura. Questi esagoni piani e sottili si manifestano intorno ai -2° C.