Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /var/www/satelits/data/www/bummob.ru/index.php on line 109 Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /var/www/satelits/data/www/bummob.ru/index.php on line 113 Физика возникновения лавин » Энциклопедия мировых катастроф

Главная страница » Катастрофы Земли » Лавина » Физика возникновения лавин


НАВИГАЦИЯ:
Главная



Наш опрос:

Боитесь ли вы отпускать ребенка одного на улицу?

Боюсь, кроме меня моего ребенка никто не защитит
Нет, я живу в таком месте, где ребенка можно отпускать без страха
Я нанял для ребенка профессиональную охрану
Нет, правильно воспитанный ребенок не попадет в опасную ситуацию



Интересное:

Глава МИД КНДР назвал Трампа психически больным
Глава МИД КНДР Ли Ён Хо, выступая с трибуны ООН, назвал президента США Дональда Трампа психически больным человеком с манией величия, которому опасно доверять "ядерную кнопку".



XML error in File: http://www.bummob.ru/rss.xml
XML error: Not well-formed (invalid token) at line 2

Физика возникновения лавин

 

Физика возникновения лавинПочему они рождаются. Объясним с точки зрения физики перечислен­ные выше четыре группы случаев рождения снежных лавин. Для этого обратимся к следующей простой задаче из механики. Рас­смотрим массу снега М, находя­щуюся на наклонной плоскости с углом наклона а.

 

На снег действуют три силы (будем считать, что все они приложены в центре масс рассматриваемого объема снега): сила тяжести Mg, сила нормальной реакции R и си­ла F, удерживающая снег на на­клонной плоскости. Разложим си­лу тяжести на две составляющие, как это показано на рисунке. Со­ставляющая Mgcosa уравновеше­на силой нормальной реакции R: Mgcos a=R. Поэтому далее будем учитывать только составляющую Mgsina (ее иногда называют ска­тывающей силой) и силу F, удер­живающую снег на наклонной плоскости.

 

Согласно второму за­кону Ньютона,

Ma-Mgsina-F, (20.1)

где a - ускорение рассматривае­мой массы снега. Силу F можно представить (в общем случае) как сумму трех слагаемых:

F=FT + Fc + F«.

Здесь F, - сила трения. Это есть сила трения покоя, пока снег ле­жит на склоне горы; она превра­щается в силу трения скольжения, когда снег начинает двигаться по склону. Сила Fc - сила сцепления снега с поверхностью склона. Она обусловлена не столько неровно­стями, за которые «зацепляется» снежная масса, сколько сцепле­нием вследствие примерзания нижнего слоя снега к грунту, а также образования внутриснеж-ных ледяных связей.

 

Сила F* - так называемая контурная сила. Она возникает за счет того, что ниже­лежащие снежные массы мешают нашей массе снега соскользнуть вниз; кроме того, благодаря внут-риснежным связям вышележащий снег также будет придерживать нашу массу.

 

Теперь перейдем к рассмотре­нию каждой из четырех отмечен­ных ранее групп лавин. Начнем с первой. Идет снегопад, и на под­ветренном склоне горы постепен­но накапливается снег. О том, что снег должен накапливаться имен­но на подветренном склоне, мы уже говорили ранее (см. оконча­ние предыдущей главы). Обратим­ся к уравнению (20.1). По мере накопления снега возрастает сила Mgsina. Одновременно растет и сила F, так что Mgsina-F-0; и, следовательно, снег неподви­жен (а=0). Но сила F не может расти неограниченно.

 

При дли­тельно продолжающемся снегопа­де рано или поздно наступит мо­мент, когда сила F, возрастая, до­стигнет своего предельного значе­ния Fmax (для данного угла накло­на а, для данных погодных усло­вий, для данной микроструктуры снега и данной поверхности гор­ного склона). С этого момента равновесие нарушается: сила Mg sin а продолжает расти, а си­ла F более увеличиваться не мо­жет. Теперь Mgsina>/rmaX, и, зна­чит, Mgsina>/r (a>0) - начинает­ся скольжение снега по склону.

 

Рассмотрим вторую группу ла­вин. В данном случае увеличение скатывающей силы Mgsina ока­залось недостаточным для того, чтобы возрастающая одновремен­но с ней сила F достигла своего предельного значения г так. Снего­пад окончился, а лавина так и не возникла. Однако вопрос не сле­дует считать закрытым; ведь внут­ри выпавшего снега будут проис­ходить изменения, микрострукту­ра снежного покрова будет посте­пенно меняться благодаря процес­сам испарения, подтаивания, крис­таллизации.

 

Это может привести к тому, что предельное значение Fma, силы, удерживающей снег на склоне, начнет с течением време­ни постепенно уменьшаться. Ска­тывающая же сила Mg sina оста­ется при этом, очевидно, неизмен­ной. В результате в какой-то мо­мент времени (он может насту­пить на следующие сутки или да­же через несколько дней) посте­пенно уменьшающееся предельное значение Fm^ становится меньше силы Mg sin a - тогда равновесие нарушается и начинается движе­ние снега.

 

Почему сцепление снега с по­верхностью склона может умень­шаться с течением времени? Во­прос этот непростой. По-видимо­му, определенную роль играет эффект, о котором мы говорили в главе 18. Напомним, что если температура внутри слоя снега по­нижается в направлении от грун­та к поверхности снега, то в этом случае из-за перемещения водя­ных паров снизу вверх формиру­ется характерная слоистая струк­тура: вблизи грунта образуется рыхлый 'слой глубинного инея, а наверху, у поверхности снега, уплотненная «снежная доска». В морозный день температура у поверхности снега действительно ниже, чем в его глубине, вблизи грунта. Поэтому вполне можно допустить, что уменьшение сцеп­ления снега с поверхностью гор­ного склона есть результат фор­мирования придонного слоя глу­бинного инея.

 

Следует, однако, заметить, что, как показали иссле­дования, дело, по-видимому, не только в глубинном инее. Образо­вание внутри снежного покрова ледяных зерен фирна также спо­собствует уменьшению сцепления снега с горным склоном.

При подземных толчках, а так­же при стрельбе из орудий, когда образуется достаточно мощная звуковая волна, сцепление снега со склоном понижается скачком и начинается движение снежной массы. Это есть третья из отме­чавшихся выше групп лавин. Воз­никновение лавины от не слишком сильных звуков возможно, оче­видно, лишь когда снежная мас­са, что называется, «висит на во­лоске», т. е. когда сила Mg sin a всего лишь на ничтожную величи­ну меньше, чем Fmax.

 

Совсем нетрудно объяснить те­перь и последнюю, четвертую группу лавин. Оттепель приводит к таянию, снег насыщается водой, вода опускается внутри снежного слоя вниз и течет по склону горы, образуя тонкую прослойку между снегом и грунтом. Эта прослойка действует как смазка - она весьма эффективно уменьшает сцепление снега с горным склоном. И хотя по мере таяния снега скатывающая сила Mg sin а уменьшается, все же предельное значение /w силы, удерживающей снег на склоне, уменьшается еще быстрее. В ре­зультате возникает возможность образования лавины.

 

Итак, устойчивость снежного покрова, лежащего на склоне го­ры, определяется тем, насколько скатывающая сила Afgsinu мень­ше предельного значения FmM удерживающей силы. Снег непо­движен, пока AlgsincKCfma*; при этом скатывающая сила уравнове­шивается удерживающей силой:

Mgsin a=F.

Иногда можно встретить утвер­ждение: «снег неподвижен, пока удерживающая его на склоне го­ры сила больше скатывающей си­лы». Такое утверждение не просто ошибочно, оно абсурдно. Ведь при F^>Mgsina снег должен был бы не лежать, а двигаться с уско­рением по направлению силы F, иначе говоря, двигаться вверх по склону. Необходимо подчеркнуть: удерживающая сила автоматиче­ски следует за скатывающей си­лой.

 

Уменьшается скатывающая сила - уменьшается и удержива­ющая; увеличивается скатываю­щая сила - увеличивается и удер­живающая. Вот только не может удерживающая сила F стать боль­ше своего предельного значения Fmax, а последнее уменьшается со временем, при оттепелях, подзем­ных толчках ит. д. Равновесие нарушается и возникает снежная лавина, когда в силу тех или иных причин неравенство

Mg sina<Fmax превращается в неравенство

Mg sina>Fmail.

Пока

Mg sin a<Fmix ,

условие равновесия выполняется (Mg sin a=F). Если же

Mg sin a>Fmax ,
то условие равновесия, очевидно, выполняться


 
 
 
 
   
 
>