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第13章 雪花为何都是六角形的

我国北方的冬天,天寒地冻,常常会飘起鹅毛大雪,细心的同学也许会发现,虽然雪花有多种多样的形态,但每一片雪花都是六角形的。这是大自然呈现给我们的美丽,也是给我们出的一个课题:为什么雪花都是六角形的呢?怎么不是三角形或者五角形呢解释这个问题不仅需要数学知识,还要涉及物理原理。雪花的形状,涉及水在大气中的结晶过程。大气中的水分子在冷却到冰点以下时,就开始凝华,而形成水的晶体,即冰晶。冰晶和其他晶体一样,其最基本的性质就是具有自己的规则的几何外形。冰晶属六方晶系,六方晶系具有4个结晶轴,其中3个辅轴在一个平面上,互相以60度角相交;另一主轴与这3个辅轴组成的平面垂直。六方晶系的最典型形状是六棱柱体。但是,当结晶过程中主轴方向晶体发育很慢,而辅轴方向发育较快时,晶体就呈现出六边形片状。

大气中的水汽在结晶过程中,往往是晶体在主晶轴方向生长速度慢,而3个辅轴方向则快得多,冰晶多为六边片状。当大气中的水汽十分丰富的时候,周围的水分子不断地向最初形成的晶片上结合,其中,雪片的6个顶角首当其冲,这样,顶角上会出现一些突出物和枝杈。这些枝杈增长到一定程度,又会分叉。次级分又与母枝均保持60度的角度,这样,就形成了一朵六角星形的雪花。

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