在雪地上行走的时候,雪有时会发出“吱吱”的声音。这是雪被踩疼了吗?可是为什么有的雪被踩了以后没有这种响声呢?
虽然雪的形成过程已经被科学家们研究得十分透彻,但是雪被踩了以后为什么会发出“吱吱”声,倒还真没有多少人研究过。
雪是过冷水滴(温度低于冰点但还没有结晶的水)遇到空中悬浮的灰尘微粒后凝结而成的。雪片从天而降的过程中,有时还会遇到一些过冷水滴,然后它们就会抱在一起变成很结实的小雪球,叫作霰。
踩在这类很结实的雪上面,被踩的霰就会发出咯吱咯吱的怪叫,好像它们的尾巴被踩到了。
有一些积雪蓬蓬松松的,踩在这种雪上面,它们就会发出“梭梭”声,很好听。
那么,雪被踩了以后发出的声音到底是怎样产生的呢?目前的解释主要有两类。
雪被冻得“牙齿打架”
有人认为,雪发出的“吱吱”声是雪粒之间摩擦,或者是雪和鞋子摩擦发出的声音。而且雪是否能发出摩擦声,和温度有很大的关系,只有温度非常低的雪才能发出“吱吱”声。
也就是说,雪发出的“吱吱”声是它们冻得“牙齿打架”的声音。
这种解释把雪的声音和温度联系了起来。
物理学家法拉第发现,冰晶总是被一层水(准液体层)包围着,而这层水的厚度和温度有关。
零下10摄氏度以下时,这层水就只有一个水分子那么厚;在零下1摄氏度的时候,这层水有好几百个水分子那么厚。
另外,当受到很大的压强的时候,冰就会融化;压强减小后又会重新结冰,这就叫作复冰现象。
因此有人提出,如果温度在零下10摄氏度以上,此时去踩雪,一些雪在你的体重产生的压强下就会软化为一摊水。这些水就像润滑剂,可以减小摩擦,因此这样的雪就不会发出“吱吱”声。
如果雪的温度低于零下10摄氏度,就算你是一个踩着高跟鞋的巨人,你的鞋跟产生的压强也并不足以使它融化,雪还是一粒一粒的冰晶。所以被踩了以后,固体状的雪就像沙粒那样会相互摩擦发声,或者和你的鞋子摩擦发声。
不过这个解释的一个问题在于,有人计算过,在一般的环境中,即使穿着带冰刀的溜冰鞋,人的体重在冰刀上产生的压强也不足以使雪融化。
所以究竟人能否把雪踩成水,含水量大的雪是否就不容易發出“吱吱”声,现在谁也不能确定。
雪的“脖子”断掉了
麻省理工学院的材料科学家W. Craig Carter认为,雪被踩了以后发出的声音是雪的“脖子”断掉的声音。
这里说的雪的“脖子”就是冰内晶体之间的键,“吱吱”声就是雪片之间的键断裂的声音。
刚从天空落下的完整的雪片之间的距离比较大,相互之间结合得并不紧密,键不多。这样的雪踩起来,是“夫夫”声,而不是“吱吱”声。
几个小时后,新雪在自身重力的作用下垮塌、碎掉,然后又重新结合起来,形成了更多的键。因此蓬松的新雪变成了更加密实的老雪,老雪不容易因为自身重力继续垮塌。
从新雪变成老雪的过程叫作“烧结”,经过烧结的老雪被你的体重压爆了以后,许多键都被踩断了,因此才会发出“吱吱”声。
在Carter看来,雪被踩出“吱吱”声和瓷器碎掉时发出的“哗啦”声是一回事。实际上,瓷器就是通过烧结产生的:黏土分子在高温下形成了新的键,变得更加密实牢固,因此打破瓷器时断裂的分子键也会发出声音。
这种解释听起来挺有道理的,因为踩雪的时候,上面一层松松的雪会发出“沙沙”的声音,但是踩到底下比较硬的雪的时候就会发出“吱吱”的声音。嚼冰的时候也会发出“吱吱”声。现在就差一个实验来证明这个假说了。
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