摩擦系数对行驶在冰上的轮船会产生什么影响呢,切柳斯金号为什么会沉没

时间:2023-11-17 07:59:02

冰面上的摩擦力是如此微不足道,几乎在任何时候都可以忽略。事实并非如此,在温度接近0℃的时候,冰面的摩擦力有时候也会非常大。比如,在北极海面上的冰与轮船的钢铁外壳之间的摩擦力就非常大。这是破冰船工作人员仔细研究得出的结果。这时,两者之间的摩擦系数是0.2,比铁和铁之间的摩擦系数还要大。

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那么摩擦系数0.2对行驶在冰上的轮船会产生什么影响呢?我们一起来看看图。如图所示,船舷MN在冰块的压力下,受到了来自冰块各个方向的力。我们将冰的压力P分解为两个力:一个是力R与船舷的切线垂直,另一个是力F与船舷相切。此时,P和R之间的夹角大小与船舷对竖直线的斜角α相同。冰与船舷间的摩擦力Q的大小等于力R乘以两者之间的摩擦系数0.2,也就是Q=0.2R。如果摩擦力F大于力Q,那么力F就能够推开压在船身上的冰,把冰推到水里去,冰就会沿着船舷滑动,而不会破坏船体本身。但是,如果力F比力Q小,那么力F就克服不了冰对船舷的摩擦力,冰块就无法滑动,而是会长期压在船舷上,最终把船舷压坏。

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图 上部分是在冰上失事的“切柳斯金”号轮船。下部分是在冰的压力下,作用在轮船船舷MN上的力的图示。

那么,什么时候力Q小于力F呢?因为力F=Rtanα,所以Q要小于Rtanα,而Q=0.2R,不等式Q<F可以转化为:

0.2R<Rtanα或者Rtanα>0.2R

从三角函数表可以查出,tan11°=0.2。也就是说,只有当α大于11°时,Q<F。所以通过分析可以知道:当船舷对竖直线的倾斜度大于11°,摩擦力小于力F时,船才能在冰块间航行,而不被冰块压碎。

下面我们来分析一下“切柳斯金”号轮船为何会沉没。“切柳斯金”号不是破冰船,它是一艘轮船。为何它在北海的全部航路都很安全,到了白令海峡却被冰块挤破了呢?

“切柳斯金”号被冰块带到了北方,并在1934年2月被冰块压坏了。在苦苦等待了整整两个月之后,船上的水手们才被飞行员解救。

关于这次事故的具体描述是这样的:

远征队长通过无线电报告说:“冰块不是一下子就把坚固的船身给压破了。我们看到船壳的铁板暴露在冰块上,它们向外膨胀并且弯曲着。冰块不断向船身涌去,它的“进攻”虽然很慢,但却无法抵抗。船壳的铁板胀了起来,然后沿着铆缝裂开。随后,铆钉就噼噼啪啪飞走了。就在一瞬间,轮船的左舷完全撕裂了,从前舱一直到甲板的末端……”

通过前面的学习,读者朋友们是否已经知道是什么物理原理导致了这场事故的发生?

在此我们可以得出一个很重要的结论:在建造轮船的时候,如果轮船需要在冰面航行,这个船舷的倾斜度就一定不能小于11°。

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