Skrip snijega kao pojava prirode: akustika ledenih kristala

Tipičan zvuk koji prate koraci po snježnom pokrivu u ledenoj vremenskoj godini, nije samo pozadinska akustika, već složeno fizičko pojava, vezano sa mehaničkim uništenjem ledenog sloja i generacijom zvukovih valova u širokom frekventnom dijelu. Skrip snijega je neka vrsta akustičnog termometra i indikator njegovih strukturnih svojstava.

1. Fizičko-mehaničke osnove zvukobranja

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

Plastična deformacija i krvavo uništenje. Snježni pokriv predstavlja poroznu sredinu, sastavljenu od ledenih kristala (snježnica) i zrni, povezanih snježnim mostovima (vezama spaljivanja). Pri temperaturi blizu 0°C, te veze su relativno plastične, kristali mogu se deformirati i glizati jedan prema drugome gotovo bez zvuka. Međutim, s povišenjem temperature led postaje krvav, a veze između kristala postaju čvrste.

Mehanizam «mikrovzrivova».

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

Dođe do instatnog krvavog uništenja (skalovanja) tih vrhova i snježnih mostova.

Iskorištena elastična energija uzrokuje mikrovibracije odvojenih dijelova i cijele ledenog mreže. Ove mikrovibracije i su izvorni 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 vezano za osnovno svojstvo leda: s povišenjem temperature njegova krvavost i modul Junga (mjerа žestkosti) se povećuju. Čvršći i krvaviji led pri uništenju generira zvukove veće amplitude i više frekvencija.

2. Zavisnost zvuka od temperature: akustična ljestvica

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

Od 0°C do -6°C: Skrip gotovo ne postoji. Dominira gluhi krušanje ili šuršanje, vezano sa plastičnom deformacijom i trijenjem 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 višefrekventan, zvonak i oštar. Pri temperaturama oko -30°C i niže on podsjeća na zvuk razbijanja polistirola ili visoki zvuk. Ovo je vezano za to što se uništavaju već ne samo veze između zrni, već i sami kristali leda, koji pri ekstremnom hladu djeluju kao staklo.

Tako, iskustveni promatrač može otprilike 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 poviješću njegovog otapanja i metamorfoza:

Sveži, puhani snijeg («pukljač»): Sastoji se od složenih zvjezdastih kristala s mnogim zrakama. Pri stiskanju oni se lome po mnogim točkama, stvarajući više «nježan» i potisnuti zvuk čak i na ledenoj vremenskoj godini.

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

Našt (snježna korka): Formira se pri podtaivanju i posljednjem zamrznavanju površine. Pri proламivanju naštа prvo se čuje gluhi udar, a zatim već zvonak skripa niželежnih hladnih slojeva.

4. Znanstvena istraživanja i alatna mjerenja

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

Snimanje zvuka u kontroliranim uvjetima s pomoću visoko osjetljivih mikrofona i piezodatčika, koja su u kontaktu sa snijegom.

Analiza spektra ( raspodjeljenja energije po frekvencijama). Bilo je utvrđeno da je skrip snijega širokopasni šumni signal s maksimumima energije u određenim frekventnim područjima (obično u dijelu 500–2000 Гц), koji se pomjeraju prema višim frekvencijama s padom temperature.

Sinhronna registracija zvuka i deformacije snijega za koreliranje akustičnih bušića sa aktima uništenja.

Interesantne činjenice i primjeri:

Arktičke i antarktičke promatranja: Polarnici primjećuju da u uvjetima ekstremnog hladnoće (niže -50°C) skrip snijega postaje tako oštar i glasan da se čuje na stotine metara u bezvjetrenoj vremenskoj godini. Ovaj zvuk se smatra jednim od znakova dolaska «vremenske tišine» — perioda ljudskog hladnoće.

Snijeg i rat: Tijekom Zimske vojne (1939–1940) i Velike otadžbinske vojne (1941–1945) glasan skrip snijega u jakom ledenom vremenskom godini predstavljao je taktičku problem: on je demaskirao izvidnike i pokreti pješaštva. Vojnici su učili hodati posebnim, glatkim koracima, kako bi minimizirali zvuk.

Marcijski snijeg: Na Marsu postoji snijeg od tvrdog ugljik-dioksida (suhi leđ). njegove fizičke svojstve su drukčije. Teoretski, pri uništenju marcijskog snijega također bi nastao zvuk, ali zbog izrazito razređene atmosfere (pritisak oko 1% od zemaljskog) on bi bio vrlo 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 moćan sensorički oznakar, duboko ukorenjen u kulturalnom kodu naroda koji žive u snježnim regijama. U književnosti (od ruske klasičnosti do skandinavskih detektiva) on često služi kao simbol hladnoće, samotnosti, čistote ili straha. njegovo psihakoističko utjecaj je vezano za to što je to jedan od rijetkih zvukova u prirodi, koji ljudi stvaraju svojim pokretom, stupajući u direktni kontakt sa stihijom, i koji u isto vrijeme jednoznačno svjedoči o specifičnim vremenskim uvjetima.

Završetak

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

Permanent link to this publication: