Снег сильнее скрипит в мороз, потому что холодные ледяные кристаллы становятся жёсткими, хрупкими и хуже скользят друг по другу. Когда человек наступает на снег, кристаллы сжимаются, трутся, ломаются и разрушают связи между соседними зёрнами. Множество коротких колебаний складывается в характерный скрип или хруст. В более тёплом снегу поверхность кристаллов лучше смазана тонким подвижным слоем воды, поэтому они перемещаются тише.
Из чего состоит снег под ногами
Снежный покров выглядит однородным, но в действительности состоит из множества ледяных кристаллов и воздушных промежутков. После выпадения снежинки начинают изменяться: их лучи обламываются, кристаллы соединяются, округляются и постепенно превращаются в зёрна.
Сами снежинки появляются в холодных облаках как один из видов атмосферных осадков. После падения их строение продолжает меняться под действием температуры, ветра, давления и перепадов влажности.
Когда ботинок наступает на снег, пористый слой резко уплотняется. Воздух выходит из промежутков, ледяные зёрна сдвигаются, соприкасаются и частично разрушаются. Эти механические процессы создают колебания, которые распространяются в воздухе как звук.
Откуда берётся характерный скрип
Снег под нагрузкой издаёт не один звук, а огромное количество очень слабых щелчков. Ломаются тонкие части кристаллов, разрушаются ледяные перемычки между зёрнами, а сами зёрна рывками скользят относительно друг друга.
Такие резкие перестройки структуры называют акустической эмиссией. При деформации и разрушении материала часть накопленной механической энергии превращается в упругие волны. Подобные сигналы регистрируют в лабораторных исследованиях разрушения снежных образцов.
Человеческое ухо не различает каждый микроскопический щелчок отдельно. Они сливаются в общий хрустящий или скрипящий звук. Это один из примеров превращения механической работы в энергию звуковых вибраций.
Почему при низкой температуре звук становится резче
На поверхности льда даже ниже точки замерзания может существовать очень тонкий подвижный слой молекул воды. Его свойства зависят от температуры, давления, материала обуви и скорости движения.
При приближении температуры к нулю такой слой становится более выраженным, а в снегу может появляться и обычная жидкая вода. Она уменьшает трение между зёрнами и позволяет им легче перестраиваться под нагрузкой. Снег сминается, липнет или превращается в кашу, но звонкий скрип ослабевает.
В сильный мороз подвижный поверхностный слой становится тоньше, а свободной воды в снегу почти нет. Кристаллы хуже скользят, сопротивление движению увеличивается, а деформация происходит более резко. Вместо плавного смещения возникают рывки, трение и хрупкое разрушение.
Поэтому холодный сухой снег часто звучит выше и резче, чем влажный. Однако нельзя объяснять явление только тем, что давление ботинка якобы растапливает или не растапливает снег. Современные исследования показывают, что трение льда связано сразу с поверхностным молекулярным слоем, взаимодействием материалов, давлением и нагревом при движении.
При какой температуре снег начинает скрипеть
Часто называют ориентир около −10 °C: при более низкой температуре морозный скрип обычно становится особенно заметным. Но это не строгая граница.
На звук влияют:
- температура самого снежного слоя, а не только воздуха;
- влажность и наличие жидкой воды;
- возраст и плотность снега;
- форма и размер зёрен;
- толщина покрова;
- подошва обуви;
- скорость и сила шага.
Свежий сухой снег может скрипеть иначе, чем старый утоптанный. После оттепели и повторного замерзания появляется твёрдая корка, которая скорее трещит и ломается. Очень рыхлый слой иногда звучит тише, поскольку значительная часть движения тратится на вытеснение воздуха и уплотнение.
Поэтому по одному скрипу нельзя точно определить температуру. Он лишь указывает, что снег достаточно холодный и содержит мало жидкой воды.
Скрип и хруст – это одно и то же?
В разговорной речи эти слова часто используют как синонимы. Хруст обычно связывают с разрушением и уплотнением снежного слоя, а скрип – с повторяющимся трением и рывками ледяных зёрен. В настоящем шаге оба процесса происходят одновременно.
Состав снега определяется тем, как вода переходит между твёрдым, жидким и газообразным состояниями. Необычные свойства поверхности и плотности льда рассматриваются также в статье об аномальных свойствах воды и льда.
---
Морозный снег скрипит не из-за воздуха, запертого внутри снежинок, и не потому, что отдельные кристаллы звучат как маленькие колокольчики. Звук создаёт быстрое уплотнение снежного слоя: холодные сухие зёрна трутся, сдвигаются и ломаются. Чем хуже они смазаны водой и чем более хрупко деформируются, тем заметнее становится скрип.
