Книга К. С. Лосева По следам лавин



Pdf просмотр
страница8/43
Дата19.08.2018
Размер5.01 Kb.
ТипКнига
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   43
и метелевые слои снега образуют снежный покров, в котором идут сложные процессы преобразования снежинок в новые формы. В снежном покрове, лежащем на склоне, возникают напряжения. Определение сочетание этих процессов и напряжений в конце концов может привести снег в неустойчивое состояние, которое нередко реализуется в виде лавины.
Лавины во время снегопадов и метелей
Снег срывает со склонов только одна сила - сила тяжести. Чтобы понять ее роль, вырежем мысленно из слоя снега, лежащего на плоском склоне, куб. Силу тяжести, направленную вертикально вниз, в соответствии с законами механики, можно разложить на две составляющие - одна будет направлен перпендикулярно к поверхности склона, на котором лежи куб, а другая - параллельно этой поверхности (рис. 3).
Чем больше толщина снежного покрова на склоне, тем больше составляющая силы тяжести, направленной вдоль склона,- она растет прямо пропорционально толщине снега.
Наверное, каждый человек неоднократно прочувствовал на себе эту самую "составляющую": именно благодаря ей можно быстро съехать на лыжах или санях с горы. Но есть другие силы, которые противодействуют составляющей силы тяжести, направленной параллельно склону, и удерживают снег на склоне. Это, во-первых, сцепление нашего куба с нижележащим снегом или поверхностью грунта. Во-вторых, даже при отсутствии сцепления (а такое бывает) это сила трения, зависящая, по законам физики, от веса куба. Сумму сцепления и трения называют сопротивлением сдвигу. Наконец, в-третьих, смещению куба противодействует снег, лежащий ниже по склону, а вышележащий - удерживает его за счет связей между частицами снега. Эти силы обычно называют контурными. Их очень просто смоделировать: стоя на лыжах на склоне,

упритесь палками перед собой, чтобы не съехать, или зацепитесь ими сзади за куст или дерево - вот вы и получили представление о контурных силах.
Хотя сила тяжести действует всегда, далеко не всегда возникает лавина. Дело в том, что сила тяжести - это только пороховой заряд, который надо чем-то воспламенить. Иначе говоря, нужен спусковой механизм, который даст силе тяжести возможность преодолеть силы, удерживающие снег на склоне.
Природа заготовила много "спусковых механизмов", но не все они известны. Попробуем найти спусковой механизм лавин, возникающих во время снегопадов и метелей, так как это наиболее благоприятные периоды образования лавин в горах, для чего обратимся к графику (рис. 4)
на котором по горизонтали отложено время от начала снегопада (или метели), а по вертикали - две величины: изменение за время снегопада суммы сил, удерживающих снег на склоне, и составляющей силы тяжести, стремящейсяvпривести снег в движение, превратить его в лавину.
Вскоре после снегопада образуется тонкий слой снега, в котором возникают силы, удерживающие его на склоне,-сцепление снежных кристаллов друг с другом и с той поверхностью, на которую он лег. Так как слой свежеотложенного снега очень тонок, то сила тяжести невелика - она много меньше сил, удерживающих пласт. При дальнейшем продолжении снегопада все будет зависеть от скорости изменения тех и других сил (см. рис. 4). Если сила тяжести будет возрастать быстрее сил, удерживающих снег на склоне, то в какой-то момент она сравняется с ними - наступят условия равновесия снежного пласта на склоне. Дальнейшее продолжение снегопада приведет к превышению силы тяжести, направленной вдоль склона, над удерживающими силами, и тогда пласт снега неизбежно обрушится в виде лавины. Вот он - спусковой механизм: скорость увеличения силы тяжести опережает скорость роста сил, удерживающих снег на склоне.
Составляющую силы тяжести очень просто выразить через толщину снежного покрова, если известна его плотность. Толщина свежеотложенного пласта, при которой устанавливаемой равновесие сил, удерживающих и сдвигающих пласт, называется критической толщиной.
Огромное разнообразие видов свежеотложенного снега приводит к такому же разнообразию величин критической толщины снега. Очевидно также, что для одного и того же вида снега критическая толщина будет зависеть и от крутизны: чем больше крутизна склона, на котором

лежит пласт, тем меньше его критическая толщина и наоборот. На склонах крутизной 60° и больше снег вообще не держится, при снегопаде он с таких склонов сразу осыпается. Все приведенные рассуждения относятся и к случаю накопления снега на склоне за счет его переноса ветром.
Теперь, когда ясен спусковой механизм образования лавин во время снегопадов и метелей, казалось бы, очень просто предсказать такие лавины: как только образовался пласт свежеотложенного снега, определяются все необходимые величины для расчета удерживающих его сил. По сумме этих сил определяется критическая толщина, то есть граница между устойчивым и неустойчивым состоянием. А дальше совсем просто: если известна скорость прироста высоты свежевыпавшего снега, то на эту величину делят критическую высоту и получают время, когда все силы уравновесятся. Пусть, например, критическая толщина будет 100 сантиметров, а скорость нарастания слоя - 10 сантиметров в час, тогда слой достигнет критической толщины через 10 часов, и после этого в любой момент можно ожидать лавину.
Конечно, на деле все не так просто. Рассмотренная модель устойчивости снега на склоне построена для идеальных условий, которые бывают очень редко. Так, склоны гор практически не бывают плоскими: в профиле они или вогнуты, или выпуклы, или даже волнистые, или это сочетание выпуклого и прямого участков, вогнутого и прямого и т. п. Форма продольного профиля существенно сказывается на устойчивости снега на склоне. Вдоль склона меняется и толщина снега, хотя в модели она была принята как постоянная; снег редко откладывается ровным слоем на склонах, особенно при участии ветра, а расчеты показывают, что изменение толщины снега в пределах 10 % на склоне крутизной 35° меняет критическую толщину снега почти в полтора раза.
Еще одно допущение заключается в том, что силы сцепления, внутреннее трение и контурные силы принимаются неизменными во время снегопада. Наконец, допущение о неизменности скорости нарастания толщины снега за время снегопада тоже далеко не всегда соответствует реальным условиям.
Многие из этих допущений вполне преодолимы. Существует, например, соответствующий математический аппарат, с помощью которого можно учесть профиль склона и изменчивость толщины слоя снега. Можно чаще измерять скорость нарастания толщины снега во время снегопада или метели, чтобы вносить соответствующие поправки в расчеты. Но есть пока почти непреодолимая трудность - практически нет возможности измерить силы, удерживающие снег на склоне, то есть его сопротивление сдвигу, и контурные силы, так как нет приборов и методов, которые позволяли бы это делать надежно для всех видов снега в слое малой толщины. Особенно сложно определять силу сопротивления сдвигу. Обычно, как и для грунтов, ее представляют в виде суммы сил сцепления и трения. Приборы, применяемые для этого в механике грунтов, не всегда пригодны для снега, так как образцы снега при измерении их прочностных свойств часто деформируются.
Теория прочности снега пока еще недостаточно разработана; это связано не только со сложностью задачи, но и с тем, что серьезные механики и инженеры нередко иронически относятся к изучению свойств такого эфемерного вещества, как "прошлогодний снег". Известный специалист в области механики снега Малькольм Меллор, выступая в 1977 году на собрании Международного гляциологического общества, рассказал, что, когда он начинал работать в армейском подразделении по исследованию снега, льда и мерзлоты - Snow, Ice and Permafrost Research
Establishment, или, сокращенно, SIPRE,- эту аббревиатуру многие маститые специалисты инженерного корпуса армии Соединенных Штатов расшифровывали так: Stupid Individuals


Каталог: wp-content -> uploads -> 2013
2013 -> Росс Л., Нисбетт Р. Человек и ситуация. Перспективы социальной психологии
2013 -> Из истори установления дипломатических отношений между республиками казахстан и европейским союзом
2013 -> СниП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения
2013 -> Аннотация
2013 -> Программа элективного курса «Географическая карта особый источник информации»
2013 -> Учебно-методический комплекс специальность: 030301. 65 (020400) Психология Калининград 2010
2013 -> Программа по географии 6 кл


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   43


База данных защищена авторским правом ©geo.ekonoom.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница