Skrip snijega kao pojava prirode: akustika ledenih kristala

Tipičan zvuk koji prati korake po snježnom pokrivu u hladnoj vremenu, to nije samo pozadinska akustika, već složeno fizičko pojava, povezana sa mehaničkim uništenjem ledenog sloja i generacijom zvukovih valova u širokom frekventnom opsegu. Skrip snijega je poseban akustični termometar i pokazatelj njegovih strukturnih svojstava.

1. Fizičko-mehaničke osnove zvukobranja

Skrip nastaje u trenutku deformacije i uništenja snježnog pokriva pod naprezanjem (nogi noge, lizice, gume). Ovaj proces je višestupančan:

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

Mehanizam «mikrovzrikova».

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

Dođi do instanatnog krhкогo uništenja (skalovanja) tih vrhova i snježnih mostova.

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

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

2. Zavisnost zvuka od temperature: akustična skala

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

Od 0°C do -6°C: Skrip gotovo ne postoji. Dominira gluhi krušanje ili šuršanje, povezano sa plastičnom deformacijom i tranjem vlažnih kristala.

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

Niže -15°C: Skrip postaje višefrekventan, zvonak i oštri. Pri temperaturama oko -30°C i niže on podsjeća na zvuk razdavljenog polistiroloa ili visoki zvuk. Ovo je povezano sa tim, što se uništavaju već ne samo veze između zrnu, već i sami kristali leda, koji pri ekstremnom hladu se ponašaju kao staklo.

Tako, iskusan promatrač može prilično procijeniti temperaturu zraka po tonalnosti snježnog skriпа.

3. Utjecaj morfologije snijega i njegove povijesti

Tip zvuka ovisi ne samo o temperaturi, već i o strukturi snijega, koja se određuje njegovom poviješću odložavanja i metamorfoze:

Novi, puščan snijeg (puhljak): Sastoji se od složenih zvjezdastih kristala s mnogim zrakama. Pri stiskanju oni se lome po mnogim točkama, stvarajući više «mekši» i zatvoreni zvuk čak i na mrzloj vremenu.

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

Našt (snježna korka): Formira se pri podtaivanju i poslije zamrznavanja površine. Pri prolomljanju naštа prvo se čuje gluhi udar, a zatim već zvonak skripa niželежućih hladnih slojeva.

4. Znanstvena istraživanja i instrumentalna mjerenja

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

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

Analiza spektra ( raspodjeljenja energije po frekvencijama). Bilo je postavljeno da je skrip snijega širokopasni šumni signal s maksimumima energije u određenim frekventnim polosama (obično u rasponu 500–2000 Гц), koje se pomjeraju u pravcu viših frekvencija s padom temperature.

Sinhronična registracija zvuka i deformacije snijega za koreliranje akustičnih bušanja sa aktima uništenja.

Interesantne činjenice i primjeri:

Arktičke i antarktičke promatranja: Polarnici primjećuju da u uvjetima ekstremnog hladnoćа (niže -50°C) skrip snijega postaje tako oštri i gromak, da ga se čuje na stotine metara u bezvjetrenom vremenu. Ovaj zvuk se smatra jednim od znakova dolaska «vremenske tišine» — perioda ljudskog hladnoćа.

Snijeg i rat: Za vrijeme Zimske vojne (1939–1940) i Velike otadžbinske vojne (1941–1945) gromak skrip snijega u jakom mrzloću predstavljao je taktičku problemu: on demaskirao izvidnike i pokreti pješaštva. Vojnici su učili hodati posebnim, glatkim korakom, kako bi minimizirali zvuk.

Marcijski snijeg: Na Marsu postoji snijeg od tvrdog ugljika (suhi leđ). njegove fizičke svojstvo su drukčije. Teoretski, pri uništenju marcijskog snijega također bi nastao zvuk, ali zbog ekstremno razređene atmosfere (pritisak oko 1% od zemaljskog) on bi bio jako slab i imao bi potpuno drugačije spektralne karakteristike. Mikrofoni marsohoda još nisu fiksolji ovakve pojave.

5. Kulturalno i psihološko mjerenje

Skrip snijega nije samo fizički proces, već i snažan sensorički marker, duboko ukorenjen u kulturalnom kodu naroda koji žive u snježnim regijama. U književnosti (od ruske klasičnosti do skandinavskih detektiva) često se pojavljuje kao simbol hladnoće, samotnosti, čistote ili straha. njegovo psihakoističko utjecaj je povezano sa tim, što 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.

Uvjet

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

Permanent link to this publication: