Ученые УрФУ первыми в мире создали модель, предсказывающую форму снежинок

Ученые Уральского федерального университета первыми в мире создали универсальную математическую модель, описывающую форму снежинок и металлических кристаллов (дендритов). Новая геометрико-морфологическая теория впервые позволяет единым уравнением предсказать, как от центрального ствола до мельчайших ветвей растут кристаллы с разной симметрией. Об этом "Газете.Ru" рассказали в УрФУ.

Эксперименты с лазерным выращиванием льда при -5°C также подтвердили: внешний контур снежинки всегда описывается выведенным учеными законом, также исследователи определили алгоритм роста главного "ствола" снежинки.

"Форма кристаллов зависит от условий роста, в частности, от изменений движущей силы и микрофлуктуаций. Даже в пределах одной снежинки, как правило, развиваются различные ветви. Уникальность нашей формулы в том, что одно уравнение позволяет описать такую сложную морфологию, как снежинка или металлический дендрит, лишь путем изменения одного-двух параметров, зависящих от материала и/или переохлаждения", — пояснила один из авторов работы, доцент кафедры теоретической и математической физики УрФУ Любовь Торопова.

Ученые подчеркивают, что модель можно использовать для изучения кристаллизации в металлургических сплавах, отметив хорошее сопоставление теории с дендритами никеля, который широко используется в промышленности благодаря своим уникальным свойствам, таким как прочность, коррозионная стойкость и способность к образованию сплавов. Дендритные структуры в металлах — ключевой фактор прочности турбинных лопаток и биомедицинских имплантов.

"Форма кристаллов и дендритные микроструктуры металлических сплавов предопределяют физические свойства затвердевшего материала, такие как прочность и пластичность, электропроводность и теплопроводность и другие. Поэтому детальное понимание физического механизма во время неравновесного затвердевания переохлажденных расплавов имеет громадное значение. Например, даже при промышленном литье сплавов формируются главным образом дендриты из-за эффекта концентрационного переохлаждения", — отметила Торопова.