Nếu bạn đã từng nghe những âm thanh kỳ lạ, siêu nhiên phát ra từ một hồ đóng băng, có thể bạn đã nghĩ đó là một trò đùa của gió hoặc trí tưởng tượng của mình. Tuy nhiên, đây là một hiện tượng vật lý thực sự mà các nhà khoa học đã nghiên cứu và có thể giải thích đầy đủ. Hồ đóng băng tạo ra âm thanh do những thay đổi vật lý có thể dự đoán được trong chính băng. Hồ Baikal ở Siberia cung cấp một ví dụ ngoạn mục nhất về hiện tượng này, và hiểu được tại sao điều đó xảy ra dạy chúng ta điều gì đó thực tế về cách âm thanh di chuyển qua các vật liệu khác nhau.
Điều Gì Xảy Ra Khi Băng Giãn Nở và Co Lại
Khi nhiệt độ mùa đông dao động, băng trên hồ không giữ nguyên trạng thái hoàn hảo. Khi nhiệt độ tăng nhẹ, băng giãn nở. Khi nhiệt độ giảm trở lại, băng co lại. Sự dịch chuyển liên tục này tạo áp lực khổng lồ lên cấu trúc băng. Sự giãn nở và co lại tạo ra các vết nứt do ứng suất trong tấm băng. Những vết nứt này giải phóng năng lượng dưới dạng rung động. Những rung động đó di chuyển qua băng và đến bề mặt dưới dạng âm thanh có thể nghe được.
Âm thanh có thể dao động từ tiếng rên rỉ sâu đến tiếng nứt sắc đến tiếng rít cao. Âm sắc cụ thể phụ thuộc vào kích thước của vết nứt, độ dày của băng và nhiệt độ tại thời điểm đó. Khi điều kiện phù hợp, những âm thanh này có thể ngạc nhiên là to và vọng qua bề mặt đông lạnh. Những người sống gần các hồ phía bắc thường nhận ra những tiếng ồn này là âm thanh mùa đông bình thường, mặc dù chúng có thể cảm thấy kỳ lạ hoặc đáng lo ngại đối với người ngoài.
Tại Sao Hồ Baikal Khác Biệt
Hồ Baikal không chỉ là một hồ đóng băng bất kỳ. Nó giữ một số kỷ lục thế giới khiến hành vi băng của nó đặc biệt thú vị đối với các nhà khoa học và người học. Đây là hồ nước ngọt sâu nhất thế giới, đạt hơn 1.600 mét tại điểm sâu nhất. Nó cũng là hồ già nhất, với tuổi ước tính từ 25 đến 30 triệu năm. Ngoài ra, Baikal chứa khoảng 20 phần trăm nước ngọt bề mặt chưa đóng băng của thế giới. Những yếu tố này kết hợp tạo ra băng có hành vi khác với băng trên các hồ nhỏ hơn, nông hơn.
Băng trên hồ Baikal hình thành khác do độ sâu cực độ của hồ và độ tinh khiết của nước. Băng có xu hướng trong hơn và trong suốt hơn băng ở hầu hết các thủy vực khác. Độ trong này ảnh hưởng đến cách sóng âm di chuyển qua băng. Các nhà nghiên cứu đã lưu ý rằng băng của Baikal tạo ra các chữ ký âm học đặc biệt có thể đo lường và ghi lại. Hồ về cơ bản hoạt động như một nhạc cụ tự nhiên khổng lồ, với các phần khác nhau tạo ra các âm sắc khác nhau khi bị va đập hoặc căng thẳng.
Khoa Học Của Việc Đánh Băng Để Tạo Âm Thanh
Một số người gần hồ Baikal phát hiện ra rằng đánh vào bề mặt đông lạnh tại một số điểm nhất định tạo ra các âm sắc sáng, vọng. Điều này có thể nghe như một trò đùa tiệc tùng, nhưng nó có cơ sở khoa học rõ ràng. Băng hoạt động như một bề mặt cộng hưởng. Khi bạn đánh nó, bạn tạo ra một rung động di chuyển ra ngoài theo sóng. Các thuộc tính của băng, bao gồm mật độ và nhiệt độ, xác định tốc độ di chuyển của các sóng đó và tần số chúng tạo ra.
Hiện tượng này tương tự như cách mặt trống tạo ra âm thanh khi bị đánh. Tấm băng hoạt động như một màng mỏng lớn căng qua nước. Các điểm khác nhau trên bề mặt cộng hưởng ở các tần số khác nhau tùy thuộc vào độ dày và sức căng. Các nhà khoa học nghiên cứu âm học thấy các hồ đóng băng hữu ích để hiểu cách âm thanh hoạt động trong điều kiện lạnh cực độ. Dữ liệu cũng giúp các nhà nghiên cứu nghiên cứu băng ở các vùng cực, vì các nguyên tắc tương tự áp dụng cho băng biển và băng sông băng.
Điều Bạn Có Thể Học Từ Hiện Tượng Này
Nghiên cứu cách hồ đóng băng tạo ra âm thanh dạy những bài học thực tiễn về ba lĩnh vực vật lý. Thứ nhất, nó minh họa sự giãn nở nhiệt và co lại, các khái niệm áp dụng cho nhiều vật liệu ngoài băng. Thứ hai, nó chứng minh cách sóng âm di chuyển khác nhau qua chất rắn so với chất lỏng hoặc khí. Thứ ba, nó cho thấy các điều kiện môi trường, như nhiệt độ và áp suất, ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý theo những cách có thể đo lường được.
Nếu bạn sống gần một vùng nước đóng băng, bạn có thể quan sát hiện tượng này chính mình. Đến một hồ đóng băng vào ngày khi nhiệt độ trên mức đóng băng nhưng bề mặt vẫn đặc. Lắng nghe cẩn thận khi băng ấm lên và bắt đầu dịch chuyển. Bạn có thể nghe thấy tiếng nứt, tiếng bật hoặc tiếng rên rỉ. Mỗi âm thanh đại diện cho năng lượng được giải phóng khỏi cấu trúc băng. Ghi chú nhiệt độ, thời gian trong ngày và loại âm thanh có thể giúp bạn hiểu các mô hình đằng sau tiếng ồn.
Điểm Chính Cần Nhớ
- Băng tạo ra âm thanh khi thay đổi nhiệt độ khiến nó giãn nở và co lại, tạo ra các vết nứt do ứng suất giải phóng rung động.
- Độ sâu, tuổi thọ và độ trong của nước tạo cho băng hồ Baikal những đặc tính âm học độc đáo không tìm thấy ở các hồ nhỏ hơn.
- Đánh vào các điểm nhất định trên băng đông lạnh có thể tạo ra các âm thanh giống nhạc cụ vì băng hoạt động như một bề mặt cộng hưởng tương tự mặt trống.
- Các nhà khoa học sử dụng âm học hồ đóng băng để nghiên cứu vật lý nhiệt, lan truyền sóng và hành vi băng trong môi trường lạnh.
- Quan sát trực tiếp âm thanh hồ đóng băng là một cách thực tế để tìm hiểu về sự giãn nở nhiệt, truyền âm thanh và khoa học môi trường.
Hiểu tại sao hồ đóng băng phát ra những âm thanh kỳ lạ kết nối các quan sát mùa đông hàng ngày với các nguyên tắc vật lý cơ bản. Hồ Baikal cung cấp một trong những ví dụ rõ ràng nhất về kết nối này, nhắc nhở chúng ta rằng ngay cả các hiện tượng theo mùa quen thuộc cũng có những giải thích khoa học có thể đo lường được đáng để khám phá.
