پدیده دایرههای یخی را کشف کنید، دیسکهای دایرهای کامل از یخ که به آرامی در رودخانهها و دریاچهها میچرخند. ما مکانیک پشت شکلگیری آنها، اهمیت گردابها و چگونگی تراشیدن لبههای یخ به دایرههای کامل توسط چرخش را توضیح میدهیم. ما کشف علمی اخیر درباره چگونگی ایجاد چرخش توسط تغییرات چگالی آب ناشی از دما حتی در آبهای ساکن را تحلیل میکنیم. راهنمایی برای یکی از آرامترین و جادوییترین مناظر زمستانی.
دایرههای یخی: دیسکهای یخی چرخان کامل در رودخانهها
فیزیک یا جادو؟ علم پشت دیسکهای یخزده که تصور را به چالش میکشند
تزئینکننده سطوح یخزده رودخانهها در مناطقی مانند اسکاندیناوی، کانادا یا روسیه، دایرههای یخی شبیه صفحات وینیل سفید غولپیکر به نظر میرسند که بیصدا در آب میچرخند. با قطرهایی از چند سانتیمتر تا بیش از ۱۵ متر، این دیسکها از نظر هندسی چنان کاملند که اغلب در ناظران خوششانس شگفتی ایجاد میکنند. اگرچه ساخت بشر به نظر میرسند، دایرههای یخی نتیجه تعادل ظریف بین هیدرودینامیک، دما و حرکت مداوم آب هستند.
۱. نظریه کلاسیک: «تله» گرداب
برای دههها، دانشمندان معتقد بودند که دایرههای یخی منحصراً به دلیل جریانهای رودخانه شکل میگیرند. این فرآیند شبیه شکلدهی یک تکه چوب روی دستگاه تراش است.
- ایجاد گرداب: وقتی یک تکه یخ در «گرداب» گیر میکند – نقطهای که جریان رودخانه به دلیل مانع یا پیچ دایرهای شکل میدهد – شروع به چرخش آرام میکند.
- تراشیدن: همانطور که تکه یخ میچرخد، به یخ ثابت اطراف یا کنارههای رودخانه ساییده میشود. این اصطکاک مداوم گوشههایش را «صاف» میکند و به تدریج آن را به یک دایره کامل تبدیل میکند.
- نگهداری: وقتی یخ میچرخد، آب سرد عبوری از زیرش به طور یکنواخت در لبهها یخ میزند و شکل دایرهای را در حالی که دیسک بزرگ میشود حفظ میکند.
۲. کشف جدید: چرخش به دلیل دما
در سال ۲۰۱۶، تیمی از محققان دانشگاه لیژ ایده اینکه فقط جریان رودخانه میتواند باعث چرخش شود را رد کردند. آنها کشف کردند که یک دایره یخی میتواند حتی در آب کاملاً ساکن بچرخد.
فیزیک چگالی: آب در ۴ درجه سانتیگراد چگالترین است. وقتی یخ از پایین کمی ذوب میشود، آب درست زیر دیسک را سرد میکند. این آب سرد فرو میرود و جریان عمودی ایجاد میکند. به دلیل نیروی کوریولیس یا بینظمیهای کوچک، این آب فرورونده شروع به چرخش میکند و گردابی ایجاد میکند که دیسک یخی را به چرخش میکشاند. این توضیح میدهد چرا دایرههای یخی را در دریاچههای بدون جریان واضح پیدا میکنیم.
۳. پدیده دیسک غولپیکر در مین
یکی از معروفترین نمونهها در سال ۲۰۱۹ در وستبروک، مین، آمریکا رخ داد. یک دایره یخی غولپیکر با قطر ۹۰ متر در رودخانه پرسامپسکات شکل گرفت.
این دیسک در سراسر جهان وایرال شد، در جهت خلاف عقربههای ساعت میچرخید و به «ایستگاه» صدها پرنده تبدیل شد که از آن به عنوان جزیره شناور استفاده میکردند. جرم عظیم و گردی مطلقش ثابت کرد که طبیعت میتواند ساختارهایی شبیه قطعات مکانیکی در مقیاس شهر ایجاد کند.
۴. چرا لبهها اینقدر صاف هستند؟
راز سطح صاف در اصطکاک و ذوب شدن نهفته است.
- اصطکاک: مانند چرخ سنگزنی، چرخش یخ را مجبور میکند در نقاط برجسته «ساییده» شود.
- تراشیدن حرارتی: آبی که در اطراف لبههای دیسک حرکت میکند کمی گرمتر از خود یخ است. این حرکت محیط را به طور یکنواخت ذوب میکند و تضمین میکند که گوشههای تیز شکل نگیرند.
۵. «دایرههای پریان» و فولکلور
قبل از اینکه علم پاسخها را بدهد، دایرههای یخی نشانههای جادویی محسوب میشدند. در بسیاری از سنتهای شمالی، اعتقاد بر این بود که اینها سالنهای رقص برای پریان یا ارواح آب هستند. سکوت وهمانگیزی که چرخش آنها را در منظره یخزده همراهی میکند کاملاً این افسانهها را توجیه میکند. حتی امروز، دیدن یک دایره یخی احساس آرامش و «نظم» را در میان محیط آشفته یک رودخانه برمیانگیزد.
۶. کجا و کی جستجو کنیم؟
دایرههای یخی زودگذرند. برای دیدن آنها، نیاز دارید به:
- دمای زیر صفر: برای چند روز متوالی تا یخ پایدار تشکیل شود.
- جریان آرام: رودخانههای با جریان آهسته یا دریاچههای با تفاوتهای دمایی.
- ساعات صبح: قبل از اینکه خورشید شروع به ذوب کردن لبههای شکننده دیسک کند.
هندسه زمستان
دایرههای یخی گواه این هستند که طبیعت حتی در سرما عاشق اشکال و قوانین است. آنها ترکیبی از شانس و فیزیک هستند، جایی که یک تکه یخ شکسته به یک شکل هندسی کامل تبدیل میشود. آنها به ما یادآوری میکنند که در زیر سطح آب یخزده، نیروها بیوقفه کار میکنند و دنیای ما را به روشهایی «میتراشند» که تازه شروع به درک کامل آنها کردهایم.
دفعه بعد که نزدیک یک رودخانه یخزده بودید، به پیچهای آن نگاه کنید. ممکن است یکی از «دیسکهای طبیعت» را ببینید که رقص ابدی و آرام خود را اجرا میکند.
