Речь идёт о защите корпуса судна в условиях сложной ледовой обстановки.

ПОДРОБНОСТИ: в задаче рассмотрен эпизод, связанный с гибелью парохода «Челюскин». Он затонул 13 февраля 1934 года, раздавленный ледяными торосами в Беринговом проливе, прокладывая северный морской путь из западных портов в Тихий океан за одну навигацию. Этот грузовой пароход c грузоподъемностью около 4000 тонн, сошедший со стапелей Дании под именем "Лена" и переименованный в ледокол "Челюскин", не был приспособлен для плавания во льдах; он не был ледокольным судном. То есть форма и наклон его бортов, которые защищали весь экипаж от внешней среды, не соответствовал нормам, которые обязательны для всех ледоколов. Это явилось основной причиной гибели парохода. Как же связан наклон бортов с их прочностью, точнее с возможностью противостоять ледяному напору? Известно, что основное качество льда – его поразительная скользскость. И может показаться, что льды не должны были бы сломать борта парохода своим давлением, а просто вытолкнули бы его вверх из своих объятий. Однако этого не произошло. Почему? 

Итак, по порядку. 

Из сказанного выше не следует делать поспешного вывода о том, что трение о лед ничтожно при всяких обстоятельствах. Даже при температуре, близкой к нулю, трение о лед бывает нередко довольно значительно. В связи с работой ледоколов тщательно изучалось трение льда полярных морей о стальную обшивку корабля. Оказалось, что оно неожиданно велико, не меньше трения железа по железу: коэффициент трения повой стальной судовой обшивки о лед равен 0,2. Чтобы понять, какое значение имеет эта цифра для судов при плавании во льдах, разберемся в рисунке; он изображает направление сил, действующих на борт MN судна при напоре льда. «Челюскин», затертый во льдах.

Внизу: силы, действующие на борт MN судна при напоре льда.

Сила Р давления льда разлагается на две силы: R, перпендикулярную к борту, и F, направленную по касательной к борту. Угол между Р и R равен углу а наклона борта к вертикали. Сила Q трения льда о борт равна силе R, умноженной на коэффициент трения, т. е. на 0,2; имеем: Q = 0,2R. Если сила трения Q меньше F, последняя сила увлекает напирающий лед под воду; лед скользит вдоль борта, не успевая причинить судну вред. Если же сила Q больше F, трение мешает скольжению льдины, и лед при

продолжительном напоре может смять и продавить борт. Когда же Q < F? Легко видеть, что F = R tga; следовательно, должно существовать неравенство: Q < R tga; а так как Q = 0,2R, то неравенство Q < F приводит к другому: 0,2R < R tga, или tga > 0,2. По таблицам отыскиваем угол, тангенс которого 0,2; он равен 11°. Значит, Q < F тогда, когда a > 11°. Тем самым определяется, какой наклон бортов корабля к вертикали обеспечивает безопасное плавание во льдах: наклон должен быть не меньше 11°. Наилучшей формой корабельных бортов для зимовки во льдах была бы форма цилиндра; угол наклона в этом случае равен 90 градусов, то есть вплоть до тупого. Однако на практике это не применяется: у судна (или корабля) в этом случае плохая остойчивость и управляемость. Хотя история этого вопроса весьма интересна. Впервые об этом задумался и впоследствии использовал эту идею полярный исследователь, норвежец Фритьоф Нансен. Он в 1893 году построил корабль «Фрам». Его корпус имел округлую яйцеобразную форму, поэтому льды не могли разрушить его, выжимая вверх. Нансен преследовал цель достичь Северного плюса, дрейфуя вместе со льдом. Это ему не удалось, но в течение всего путешествия, длившегося три года, «Фрам» оставался невредимым.

Обратимся теперь к гибели «Челюскина». Этот пароход, не ледокол, успешно прошел весь северный морской путь, но в Беринговом проливе оказался зажатым во льдах. Льды унесли «Челюскин» далеко на север и раздавили до полной потери плавучести и затопления. Двухмесячное героическое пребывание челюскинцев на льдине и спасение их героями-летчиками сохранилось у многих в памяти. Вот описание самой катастрофы: «Крепкий металл корпуса сдал не сразу, – сообщал по радио начальник экспедиции О. Ю. Шмидт. – Видно было, как льдина вдавливается в борт и как над нею листы обшивки пучатся, изгибаясь наружу. Лед продолжал медленное, но неотразимое наступление. Вспученные железные листы обшивки корпуса разорвались по шву. С треском летели заклепки. В одно мгновение левый борт парохода был оторван от носового трюма до кормового конца палубы…» После того, как радист экспедиции Эрнст Кренкель передал в эфир с льдины сообщение о гибели "Челюскина", уже на следующий день в лагерь Шмидта пришла радиограмма правительства, что спасательная операция началась. В Уэлене готовил двухмоторный АНТ-4 к вылету летчик Анатолий Ляпидевский. Как только позволила погода, он вылетел на поиски челюскинцев. Провел в воздухе 7 часов, но лагерь не нашел. На Чукотку вылетели из Хабаровска пилоты Водопьянов, Доронин, Галышев, с мыса Олюторского — Каманин, Пивштейн, Молоков, с Аляски на американских "Флейстерах" — Слепнев и Леваневский. Во Владивостоке, чередуя грузовые операции с митингами, на пароходы Смоленск", "Сталинград" и "Совет" грузили дирижабли, самолеты, и они вышли на север со спасательными партиями.

Все люди были спасены, за исключением завхоза Бориса Могилевича, который в момент катастрофы был придавлен бочками с топливом и ушёл на дно вместе с пароходом. Семь лётчиков стали первыми Героями Советского Союза.

Подробности можно прочитать здесь: www.ytro-rossii «Память. Гибель «Челюскина»: трагедия и торжество». /2009/02/25.

Спасибо за внимание!

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ по задаче «Аспект защиты»: итак, задача решена.

ПОБЕДИТЕЛИ: Сергей Пуцин и Алексей Дементьев. Им – Почёт! Уважение! Комплименты! Аплодисменты! И 750 баллов на Доске Почёта каждому. Браво!!

ПО ВЕРСИЯМ ОТВЕТОВ: Майкл Умников – 6 баллов, Семья Шевченко – 5 баллов, Наталья Семёнова – 4 балла, Анна Давыдова - 4 балла, Олег Егоров - 4 балла. Всем – Комплименты! А другим участникам и просто наблюдателям – огромное спасибо! И пожелание успеха в дальнейшем!

С уважением, ведущий рубрики "Дело логики" Олег Рябинин