Почему снег скользкий!
Скользя по утреннему снегу,
Друг милый, предадимся бегу
Нетерпеливого коня .
А.Пушкин.
Одно из очень важных для человека свойств снега – это то, что он скользкий. Санный путь и быстр, и легок, и удобен. Чтобы скользить по снегу – передвигаться на санях, надо затратить в 10 раз меньше энергии, чем для передвижения на колесах.
Снег скользкий потому, что при давлении и трении полозьев саней или лыж поверхностные частички снежного покрова тают, появляющаяся при этом пленка воды служит как бы смазкой. Поэтому «скользкость» зависит от температуры снега и от скорости перемещения.
Известно, что трение минимально при скольжении по сухому снегу при температуре близкой 0°C.Если снег увлажняется, трение начинает возрастать пропорционально увлажнению.
Опыты с экспериментальными лыжами из металла, из твердого пластика показывают, что коэффициент трения увеличивается с понижением температуры. Для стали – от 0° до минус 25°C – он удваивается, а для меди и некоторых пластиков возрастает в 3 .4 раза. При температуре ниже минус 25°C сопротивление снега скольжению с малыми скоростями приближается к величине сопротивления скольжения по сухому пеку.
Но почему же даже в сильные морозы можно встретить лыжников, получающих удовольствие от катания? Дело в том, что у них, во-первых, полозья лыж покрыты соответствующей мазью, а во-вторых, они достаточно быстро бегут по лыжне. Увеличение скорости скольжения приводит к уменьшению трения. Так, если скорость скольжения возрастает от 0,03 до 5 метров в секунду (скорость классного лыжника), коэффициент трения уменьшается почти в 10 раз. Вот почему хороший лыжник при всех прочих равных условиях затрачивает гораздо меньше усилий, чем начинающий. Высокая скорость бега как бы помогает скольжению и тем самым способствует еще большей скорости.
Немаловажную роль в скорости передвижения по снегу играет материал полозьев и структура снега. Коэффициент трения зависит еще и от длины скользящей поверхности. Так, при испытании стальной лыжи обнаружено, что с увеличением ее длины от 1,0 до 1,7 метра трение уменьшается на две трети. Чем длиннее скользящая поверхность, тем продолжительнее трение и тем больше тепла выделяется на контактах полозьев со снежными зернами, а это улучшает «смазку» и снижает величину трения. Казалось бы, ясно: лыжи надо делать длинней и скользить быстрей . Но здесь вступает в свою роль величина давления. Если она недостаточна, трение о снег может возрасти. Особенно при малых давлениях и температуре снега около 0°C.
Если же лыжи коротковаты, они глубже погружаются в снег, следовательно, появляются дополнительные силы сопротивления скольжению.
Мы все время говорили о сопротивлении снега при движении по нему. Но ведь приходится на снегу останавливаться, а затем вновь трогаться в путь. Каково в этом случае сопротивление снега (или статическое трение)?
При остановке водяная пленка под полозом замерзает, образуются ледяные связи. Чем дольше остановка, тем эти связи прочнее. Соответственно увеличивается и усилие, требуемое для того, чтобы снова сдвинуться с места. При кратковременной (мгновенной) остановке оно минимально (например, в конце скольжения на лыже, перед очередным толчком). Если прочность ледяных связей между поверхностью лыжи и зернами снега окажется больше, чем сопротивление снега сдвигу, то смещение будет происходить не на контакте «лыжа – снег», а ниже этой плоскости, в самом снеге. Это явление знакомо многим – снег налипает а, на лыжи, словно пудовые гири тащишь на ногах, все чаще останавливаешься передохнуть, а лыжи от этого становятся еще тяжелее. Тут может помочь специальная (гидрофобная) смазка, уменьшающая прочность смерзания и улучшающая скольжение.
Немного больше о технологиях >>>
Каталитический этюд
Современное учение о катализе можно
уподобить гигантскому живописному полотну, на котором с большого расстояния
различимы два частично пересекающихся сюжета. Первый включает процессы, с
помощью которых химики стремятся производить то, что давно умела делать
природа. Речь идет в ...
Особенности советской и американской науки
Что
мы имели?
Сейчас
много пишется о разрушении советской науки, о тяжелом положении, в котором
оказались ученые и научные сотрудники бывшего СССР. И это действительно так.
Чтобы разобраться в этом, рассмотрим хотя бы схематически организацию советской
науки.
Одной
из к ...
