Skrip sneha kak yavlenie prirody: akustika ledyanykh kristallov

Harakternyi zvuk, soprovodyashchiy shagi po snezhnomu pokrovu v mraznuyu pogodu, — eto ne prostoi fonovaya akustika, a slozhnoe fizicheskoe yavlenie, svyazannoe s mekhanicheskim razrusheniem ledyanykh matryts i generatsiei zvukovykh voln v shirokom chastotnom diapazone. Skrip sneha — eto svoeobraznyi akusticheskiy termometr i pokazatel' ego strukturnykh svoistv.

1. Fiziko-mekhanicheskie osnovy zvukообразovaniya

Skrip voznikayet v moment deformacii i razrusheniya snezhnogo pokrova pod nagruzkoj (stupenj nog, lyzh, shiny). Eto protsess mnogoustupenchatyj:

Plasticheskaya deformaciya i khryaschie razrusheniye. Snezhnyj pokrov predstavit sovremennuyu sredu, sostoyashchuyu iz ledyanykh kristallov (snezhinok) i zёren, svyazannykh snezhnymi mostikami (svyazy spekanii). Pri temperature, blizkoy k 0°C, эти svyazi ocheredovatelno plastichny, kristally mogut deformirovatsya i skolyot drug o druga priblizheno bezzvukom. however s ponizheniem temperatury led stajet khryaschim, a svyazi mezhdu kristallami — žёstkimi.

Mehanizm «mikrovzryvov».

Pod davleniem nog ostrejushchie verhushki kristallov koncentrirovat' napryazhenie v tochках kontaktа.

Proisходит mgновennoe khryaschie razrusheniye (skalvovanie) etikh verhushki i snezhnykh mostikov.

Vysvobozhdaiushchaya uprugaya energia voznikayet mikrovibracii oddelivshikhsya fragментов i vsej ledyanoj reshetki. Ety mikrovibracii i sovetyayutsya pervichnym izvorom zvuka. Akusticheskie issledovaniya pokazali, chto odin shag voznikayet razrusheniye soten tysyach takikh mikrokontaktov.

Roll temperatury. Temperatura — kljuchevyj faktor, opredelyayushchij kharakter zvuka. Eto sootvetstvuet fundamental'nomu svoistvu ledy: s ponizheniem temperatury ego khryaschost' i modul Yunga (mera zhёstkosti) uvelichivayutsya. Bol'she žёstkiy i khryaschiy led pri razrushenii generiruet zvukovye kol'vibracii bol'shej amplitudy i vysshoy chastoty.

2. Zavisimost' zvuka ot temperatury: akusticheskaya shkala

Nablyudeniya i eksperimenty (provodimye, v tom cherez, v sovetskoe vremya v Institutе fiziki Zemli) povolili vывesti empiricheskuyu zavisimost':

Ot 0°C do -6°C: Skrip prakticheski ne sostoyavetsya. Predvладayet glukhij khrust ili shurshanie, svyazannoe s plasticheskoy deformaciyu i trением vlaghnymi kristallami.

Ot -6°C do -15°C: Poyavlyaetsya i uvelichivaetsya nizkochastotnyj skrip. Zvuk ocheredovatel' myagkij, «glukhij». Razrusheniye proisходит v osnovnom po granitsam bol'shekh snezhnykh zёren.

Nizhe -15°C: Skrip stajet vysshechastotnym, zvonkim i rezkim. Pri temperaturah okolo -30°C i nizhe on remnosit zvuk razdavlivayemogo polistirola ili vysshiy zvon. Eto sootvetstvuet s tim, chto razrushaetsya ne tol'ko svyazi mezhdu zёren, no i sami kristally ledy, kotorye pri ekstremal'nom kholode vedut sebya kak steklo.

Thus, opytnyj nablyudenatel' mogut prichinat' otsenit' temperatуру vozduha po tonal'nosti snezhnogo skriпа.

3. Vliyanie morfologii sneha i ego istorii

Harakter zvuka zavisit ne tol'ko ot temperatury, no i ot struktury sneha, kotoraia opredelyaetsya istoriej ego otlozheniya i metamorfizma:

Novyj, puhlyj sneh («pukhlyak»): Sostoyat iz slozhnykh zvezdchatykh kristallov s mnogochislennymi luchami. Pri szhatchenii oni lomayutsya po mnogochislennym tochкам, sozdaya more «myagkij», priglushennyj zvuk dazhe na mraze.

Staryj, firminizirovannyj sneh: Podvergalsya mnogokratnym processam tаяnija-zamerzaniya, sostoyat iz bol'shikh, okruglykh ledyanykh zёren. Pri hodbe takie zёrya osnovno perekatyvayutsya i truyut drug o druga, generiruyushchikh bol'she nizkochastotnogo skreza ili khrusta.

nast (snezhnaya korka): Obrazuetsya pri podtаяnii i posleдовatel'nom zamerezhenii povernosti. Pri prolamivanii nasta sprova heard glukhij udar, a potom already zvonkij skrip nizhelежaushchikh kholodnykh sloev.

4. Nauchnye issledovaniya i instrumental'nye izmereniya

Skrip sneha — ob'ekt izucheniya snezovedeniya (snezhologii) i fizicheskoj akustiki. Issledovaniya vkljuchayut:

Zapisi zvuka v kontrolirovannyh usloviyam s pomoshch'yu vysokochuvstvitel'nykh mikrofonov i piezodatчиков, kontaktiruyushchih so snehom.

Analiz spektra (raspredeleniya energii po chastotam). Bylo ustanovлено, chto skrip sneha — eto shirokopolosnyj shumovoj signal s maksimami energii v opredelennyh chastotnyh polosah (obichno v diapazone 500–2000 Гц), kotorye smещayutsya v storonu vysshih chastot s padeniem temperatury.

Sinhronnaja registracija zvuka i deformacii sneha dlya korrelyatsii akusticheskih vsplyuskov s aktami razrusheniya.

Interestinghiye fakty i primery:

Arkticheskie i antarkticheskie nablyudeneniya: Polarniki otkazyvayut, chto v usloviyam ekstremal'nogo kholoda (nizhe -50°C) skrip sneha stajet takoj reskim i gromkim, chto ego slushat' mozhet za sotni metrov v bezvetrennuyu pogodu. Ety zvuk sotschitayutsya odnym iz priznakov nastupleniya «pogodnoj tishiny» — perioda lyutogo mraza.

Sneg i voyna: Vremya Zimney vojny (1939–1940) i Velikoj Otechestvennoj vojny gromkij skrip sneha v sil'nye mrazi predstavlyal taktičeskuyu problemu: on demaskiroval razvedchikov i peremещeniya pehoty. Soldata uchili horot' osobyim, plyavnym shagom, chtoby minimizirovat' zvuk.

Marsskiy sneh: Na Marse sushchestvuet sneh iz tverdoy uglerodnoj kisloty (suhoy led). Ego fizicheskie svoistva drugie. Teoreticheski, pri razrushenii marsskogo sneha takzhe dolzhen vozniknut zvuk, no iz-za krupnoy razrezhennoj atmosfery (davlenie okolo 1% ot zemnogo) on budet krupnoy slabym i imet' komplet'no iine spektral'nye kharakteristiki. Mikrofony marsohodov vsego ne fiksovali podobnykh yavlenij.

5. Kulturovoe i psikhologicheskoe izmerenie

Skrip sneha — ne prostoy fizicheskiy protsess, no i moshchnyj sensornyj markir, gluboko ukorenёnnyj v kul'turnom kode narodov, zhivushchikh v snezhnyh regionah. V literature (ot russkoy klassiki do skandinavskikh detektivov) on často vystupayet kak simvol kholoda, otnochnosti, chistoty ili trёvogi. Ego psihakoakusticheskoe vliyanie sootvetstvuet s tim, chto etot odin iz nemnogikh zvukov v prirode, kotoryj chelovek sozdaje svym dvizheniem, vstupaya v prjamoy kontakt so stirijey, i kotoryj pri etom odnozhdno svidetel'stvuet o spetsificheskih pogodnyh usloviyah.

Zaklyuchenie

Skrip sneha — eto akusticheskaya vizitnaja karta zimney prirody, rezultat kollektivnogo khryaschego razrusheniya miriad ledyanykh kristallov. Ego izuchenie lezhit na styke mekhaniki, materialovedeniya i akustiki, predostavlyaya uchenym dannye o reologicheskih svoistvah sneha. Dlya obichnogo cheloveka eto — intui-tivno ponimatel'nyj indikator mraza i struktury snezhnogo pokrova, a takzhe odin iz samykh uznavaemyh i emotsional'no okrashennyh zvukov zimnego lansdshafta. Eto yavlenie pamyat' o tom, chto dazhe takaya, kak kajemsya byt' prostaya i povsednevnaya veshch', kak shagi po snehu, skryvaet v sebe slozhnuyu i izjashchuyu fiziku vzaimodejstviya veshchestva, energii i zvuka.
© biblio.vn

Permanent link to this publication: