“切柳斯金号”失事的物理学原因

但请读者们不要武断地认为冰面上的摩擦力总是小到可以忽略不计。当温度接近0摄氏度时，物体与冰面的摩擦力会增强。破冰船上的工作人员曾深入研究过北极的浮冰与船的钢壳之间的摩擦力，他们发现这种摩擦力超乎想象的大，其强度不亚于铁与铁之间的摩擦：冰与钢壳之间的摩擦系数为0.2。

这一数值对航行于浮冰间的船只有什么意义呢？我们来观察一下图19。图中描绘了船舷 MN 被冰块挤压时受到的各个力的方向。我们可以将冰的压力 P 分解成两个力：与船舷垂直的力 R 和与船舷相切的力 F 。 P 和 R 之前的角度等于船舷对垂直线的倾斜角α。冰对船舷的摩擦力 Q 等于力 R 乘以摩擦系数0.2，即 Q =0.2 R 。当力 Q 小于力 F 时，挤压船舷的冰块就会被力 F 推入海中，此时冰块会沿着船舷滑动，不会对船体造成伤害；当力 Q 大于力 F 时，摩擦会阻碍冰块的滑动，冰块长时间地挤压着船舷，最终可能导致船体破裂。

那么，在什么情况下， Q ＜ F 呢？显而易见：

F = R ·tanα；

因此，存在不等式： Q ＜ R ·tanα

又因为 Q =0.2 R ，所以不等式 Q ＜ F 可以变成：

0.2 R ＜ R ·tanα，或者tanα＞0.2

从三角函数表中可得，正切函数为0.2时，角等于11度，这就意味着，当α＞11度时， Q ＜ F 。因此我们必须保证船舷对垂直线的倾斜角大于11度，才能使船只安全地航行于浮冰之间。

现在我们来研究一下“切柳斯金号”失事的原因。“切柳斯金号”不是一艘破冰船，而是一艘轮船。它顺利地驶过了整条北海航线，但在白令海峡被浮冰卡住。浮冰挟着“切柳斯金号”漂向北方，并最终把它挤得粉碎。船员们在冰川上等待了两个月，才被苏联空军搭救。以下是被困人员对这场灾难的一段描述：

“坚硬的金属船身不是在一瞬间碎裂的，”考察队队长奥托·施密特通过无线电汇报了当时的情况，“我们能够看到冰块压在船舷上，冰块上方的船外壳向外凸起。不断有冰块拍击船体，虽然速度缓慢，但势不可当。肿胀的船外壳铁板从缝隙处爆裂，铆钉噼噼啪啪地迸了出来。刹那之间，船的左舷处，从船头到船尾，整个掉进了海中……”

读了这番话，读者们应该能够明白这场灾难的成因了。由此可以得出一个结论：在设计航行于浮冰中的船只时，一定要使船舷的倾斜度不低于11度。 sD1ASFc9KDSlZGVVgOTeiD/3hhUK5OPn7Bbub/ex7iGjAO8VWx3LxHrNDy4IuRQS