Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Почему ходить по льду гораздо легче, если он очень холодный? Когда вы идете, в какой момент вероятнее всего поскользнуться и упасть? Почему по льду безопаснее ходить в специальных ботинках?

ОТВЕТ •Раньше считалось, что при ходьбе по льду давление вызывает его таяние, но этот эффект если и есть, то он очень мал. Избежать скольжения помогает главным образом трение обуви о лед. На мокром льду (лед покрыт слоем воды или снежной каши) обувь на твердой подошве подойдет больше, но на сухом льду мягкая подошва лучше. Очевидно, что в обоих случаях удержаться на льду помогут шипы на подошве: при ходьбе они, как маленькие гвозди, втыкаются в лед, если, конечно, он не слишком холодный и твердый.

Может ли иглу (конусообразное жилище канадских эскимосов, сложенное из снежных или ледяных блоков) сохранять тепло, когда температура снаружи опускается ниже точки замерзания?

ОТВЕТ •Иглу обеспечивает защиту не только от ветра, но и от холода. Cтены иглу выполняют роль термоизолятора, поэтому потери излученного человеческим телом или пламенем (даже горящей свечи) тепла происходят очень медленно. Правильно сделанное иглу низкое и широкое. В нем есть приподнятый над полом, на расстоянии около двух третей высоты иглу, лежак. Входят в иглу через тоннель, ведущий к еще одной, более низкой двери, которая по высоте меньше одной трети высоты иглу. Попав внутрь, человек забирается на лежак. Поскольку теплый (более легкий) воздух поднимается, а холодный (более тяжелый) опускается, на лежаке воздух гораздо теплее, чем внизу у пола. Поэтому человеку в иглу спать относительно тепло. Однако слишком высокое иглу для этого не подходит: теплый воздух будет скапливаться выше лежака.

Если стены толще или они сделаны из не слишком плотного снега (в котором много пустот, заполненных воздухом), теплоотдача через стены уменьшается, тепло внутри иглу сохраняется лучше. Еще один способ улучшить термоизоляцию и избежать сквозняков — забить пространство между блоками внутри и снаружи снегом. Сначала снег и внутренняя поверхность ледяных блоков растают, а затем вновь замерзнут, образовав твердую ледяную корку.

Крайне редко во время сильных метелей на открытой местности появляются большие снежные шары и цилиндры. Некоторые из таких снежных шаров имеют десятки сантиметров в диаметре, а их масса достигает шести килограммов. Цилиндры напоминают свернутые спальные мешки или рулонный газон, иногда внутри они полые. Как же образуются такие странные объекты?

ОТВЕТ •Считается, что снежные рулоны образуются, когда снег падает на выпавший ранее и уже покрытый настом снег. Если температура близка к точке замерзания, выпавший снег пристает к насту. Сильный ветер может подхватить часть верхнего слоя, состоящего из наста и примерзшего к нему снега, и покатить по полю. Такое образование катится, собирая снег, и его диаметр растет. Когда ветер порывистый, рулон швыряет в разные стороны. Так появляются снежные фигуры в виде шара или эллипса. Если же ветер дует преимущественно в одном направлении, образуются снежные цилиндры. Такие цилиндры могут быть полыми, если вначале подхваченная ветром полоска снега была длинной.

Начало снежному рулону могут положить и отдельные снежинки, которые несет ветром по свежевыпавшему снегу, и сорванные со своего места камни, катящиеся с заснеженного склона холма. Убедиться в этом можно, вскрыв снежный рулон и обнаружив внутри камень.

Что вызывает снежные лавины?

ОТВЕТ •Пока до конца не ясно, при каких условиях образуются снежные лавины. Связано это с тем, что необходимо учитывать слишком большое число переменных. Поэтому невозможен и достоверный прогноз, когда и где сойдет лавина. В то же время многое про лавины известно. Лавина из рыхлого снега начинает образовываться в определенном месте из сухого или мокрого, но не слишком слежавшегося снега. Она скользит наподобие осыпающегося вниз песка. Лавина из снежных «досок» представляет собой движение массивных снежных плит. Прийти в движение лавина может по целому ряду причин. Например, если при движении лыжника увеличится давление на снежную плиту, либо из-за дождя, либо когда плита нагреется.

Каждый год много лыжников погибает из-за лавин, которые они сами и вызывают, однако механизм, приводящий к сходу лавины, понятен не до конца. Для схода лавины необходим слабый слой снега, погребенный под снежной плитой. Такой слабый слой может образоваться, например, так: пусть в начале сезона снег падал на землю, температура которой оставалась выше точки замерзания. Затем температура на поверхности снега опускается и становится ниже температуры замерзания. Распределение температуры (снизу снег более теплый, а сверху он холоднее) направляет вверх водяной пар, где он конденсируется на снежинках. Снежинки переходят в состояние, которое в гидрологии называют глубинным инеем , когда имеется слой снежного покрова, состоящий из не слишком прочно связанных друг с другом кристалликов льда. Это и есть слабый слой. Если затем на него начинает падать свежий снег, все готово для образования лавины, поскольку слабый слой легко сдвигается. Это напоминает масло, которое легко намазывают ножом на хлеб.

Лыжник может вызвать лавину, если его давление на снег передается слабому слою. При относительно твердой поверхности снега он не оказывает воздействия на слабый слой и не вызывает движения снежной «доски». Когда снег несколько более рыхлый, например его нагрело солнце, давление лыжника может нарушить слабый слой и привести к сходу лавины. Так утром, когда еще холодно, трасса может быть безопасной, но днем на солнце она становится опасной.

Почему иногда при таянии снега на земле или мощеной дороге образуются долго сохраняющиеся глыбы снега, конфигурация которых иногда напоминает геометрически правильные шестигранники или полосы?

ОТВЕТ •При таянии снега температура в горизонтальном направлении может меняться только вблизи поверхности — в тонком слое земли, покрытом тонким слоем из смеси снега и талой воды. В глубине, под этими двумя слоями, в горизонтальном направлении температура не меняется. Допустим, где-то в верхнем слое температура снега оказалась ближе к температуре таяния, чем в остальной массе снега. Если снег там тает, требуется энергия, чтобы молекулы воды могли покинуть свои места в кристаллической структуре льда. Эту энергию тающий снег может получить от окружающего снега, находящегося на некотором расстоянии от этого места. Там, где снег теряет энергию, его таяние или замедляется, или останавливается. Так образуются снежные глыбы, существующие очень долго. Промежутки между такими глыбами определяются максимальным расстоянием, с которого тающему снегу может передаваться энергия.