Skrip sněga kao pojava prirode: akustika ledjih kristala

Tipičan zvuk koji prate koraci po snježnom pokrivu u hladnoj vremenu nije samo pozadinska akustika, već složeno fizičko pojava, povezana sa mehaničkim uništenjem ledjih i generacijom zvukovih valova u širokom frekventnom opsegu. Skrip sněga je neka vrsta akustičnog termometra i pokazatelja njegovih strukturnih svojstava.

1. Fizičko-mehaničke osnove zvukobranja

Skrip nastaje u trenutku deformacije i uništenja snježnog pokriva pod naprezanjem (nogom, lizicom, gumenom). Ovaj proces je višestupančan:

Plastična deformacija i krhko uništenje. Snježni pokriv predstavlja poroznu sredinu, sastavljenu od ledjih kristala (snježnica) i zrni, povezanih snježnim mostovima (vezama spekanja). Pri temperaturi blizu 0°C, te veze su relativno plastične, kristali mogu se deformirati i glizati jedan prema drugom gotovo bez zvuka. Međutim, sa smanjivanjem temperature led postaje krhki, a veze između kristala — žestoke.

Mehanizam «mikrovzривova».

Pod pritiskom noge oštre vrhove kristala koncentrišu naprezanje u točkama kontakta.

Dođe do instanatnog krhkog uništenja (skalovanja) tih vrhova i snježnih mostova.

Iskorištena elastična energija izaziva mikrovibracije odvojених fragmenata i cele ledjene mreže. Ove mikrovibracije i su prvobitni izvor zvuka. Akustična istraživanja su pokazala da jedan korak izaziva uništenje stotina tisuća takvih mikrokontakata.

Uloga temperature. Temperatura je ključni faktor koji određuje karakter zvuka. Ovo je povezano sa osnovnim svojstvom leda: sa smanjivanjem temperature njegova krhkoća i modul Younga (мера žestkosti) se povećavaju. Više žestoki i krhki led pri uništenju generira zvukove veće amplitude i više visoke frekvencije.

2. Zavisnost zvuka od temperature: akustična škala

Observacije i eksperimenti (uključujući i sovjetsko vrijeme u Institutu za fiziku Zemlje) su omogućili izvesti empiričku zavisnost:

Od 0°C do -6°C: Skrip praktički ne postoji. Dominira gluhi krušanje ili šuršanje, vezano za plastičku deformaciju i trčenje vlažnih kristala.

Od -6°C do -15°C: Pojavljuje se i pojačava niskofrekventni skrip. Zvuk je relativno nježan, «gluh». Uništenje se događa uglavnom po granicama većih snježnih zrni.

Niže -15°C: Skrip postaje visokofrekventan, zvonak i oštar. Pri temperaturama oko -30°C i niže on podsjeća na zvuk razdavljenog polistirola ili visoki zvon. Ovo je povezano s tim da se uništavaju ne samo veze između zrni, već i sami kristali leda, koji pri ekstremnom hladu se ponašaju kao staklo.

Tako da iskustveni promatrač može prilično procjeniti temperaturu zraka po tonalnosti snježnog skriпа.

3. Utjecaj morfologije sněga i njegove povijesti

Tip zvuka ovisi ne samo o temperaturi, već i o strukturi sněga, koja se određuje njegovom povijestom odložavanja i metamorfoza:

Novi, puščav sněg (pukljak): Sastoji se od složenih zvjezdastih kristala s mnogobrojnim zrakama. Pri stiskanju oni se lome po mnogobrojnim točkama, stvarajući više «nježan» i potisnuti zvuk čak i na hladnoj vremenu.

Stari, firmizirani sněg: Podvrgnut je višestrukim procesima topnjenja-zamrznavanja, sastoji se od velikih, okruglih ledjih zrni. Pri hodanju takvi zrni uglavnom preklapaju i trče jedan o drugi, generirajući više niskofrekventni skreč ili krušanje.

Našt (snježna korča): Formira se pri podtaivanju i kasnijem zamrznavanju površine. Pri prolomljavanju naštа prvo se čuje gluhi udar, a zatim već zvonak skriп nizolежućih hladnih slojeva.

4. Znanstvena istraživanja i instrumentalna mjerenja

Skrip sněga je predmet istraživanja snegologije (snegologije) i fizičke akustike. Istraživanja uključuju:

Snimanje zvuka u kontroliranim uvjetima s pomoću visokoosjetljivih mikrofona i piezodatčika, koji su u kontaktu sa snegom.

Analiza spektra ( raspodjelene energije po frekvencijama). Bilo je utvrđeno da je skrip sněga širokopasni šumni signal s maksimumima energije u određenim frekventnim polosama (obično u opsegu 500–2000 Гц), koje se pomjeraju prema visokim frekvencijama s padom temperature.

Sinhronna registracija zvuka i deformacije sněga za korelациju akustičnih buševina sa aktima uništenja.

Interesantni činovi i primjeri:

Arktičke i antarktičke observacije: Polarnici primjećuju da u uvjetima ekstremnog hladnoćа (niže -50°C) skrip sněga postaje tako oštar i gлуh, da se čuje za stotine metara u bezvjetrenom vremenu. Ovaj zvuk se smatra jednim od znakova dolaska «počasne tišine» — perioda ljudskog hladnoćа.

Sněg i rat: Tijekom Zimske vojne (1939–1940) i Velike otčezne vojne (Velika otčezna vojna) gлуh skrip sněga u snažnim hladnim vremena predstavljao je taktičku problemu: on demaskirao izvidnike i pokreti pješaštva. Vojnici su učili hodati posebnim, glatkim koracima, kako bi minimizirali zvuk.

Marcijski sneg: Na Marsu postoji sneg od tvrdog ugljika (suhi led). njegove fizičke svojstva su drugačije. Teoretski, pri uništenju marcijskog sněga takođе bi nastao zvuk, ali zbog ekstremno razređene atmosfere (pritisak oko 1% od zemskog) on bi bio jako slab i imao bi potpuno drugačije spektralne karakteristike. Mikrofoni marsohoda još nisu fiksolji ovakve pojave.

5. Kulturalno i psihološko izmjerenje

Skrip sněga nije samo fizički proces, već i moćan sensorni marker, duboko ukorenjen u kulturalnom kodu naroda koji žive u snježnim regijama. U književnosti (od ruske klasičnosti do skandinavskih detektiva) on često djeluje kao simbol hladnoće, samotnosti, čistote ili uzbune. njegovo psihakoističko utjecaj je povezano s tim da je to jedan od rijetkih zvukova u prirodi, koji ljudi stvaraju svojim pokretom, stupajući u direktni kontakt sa stihijom, i koji pritom jednoznačno svjedoči o specifičnim vremenskim uvjetima.

zaključak

Skrip sněga je akustična vizitka zimskog prirode, rezultat kolektivnog krhkog uništenja milijuna ledjih kristala. njegovo istraživanje leži na granici mehanike, materiala i akustike, pružajući znanstvenicima podatke o reologskim svojstvima sněga. Za običnog čovjeka to je intuitivno razumljiv indikator hladnoće i strukture snježnog pokriva, a također i jedan od najpoznatijih i emocionalno obojenih zvukova zimskog krajolika. Ovo pojava podsjeća da čak i takva, izgledno jednostavna i svakodnevna stvar, kao i koraci po snegu, skriva u sebi složenu i lijepu fiziku interakcije tvari, energije i zvuka.

Permanent link to this publication: