Witold Kurski – były zawodnik bojerowy
ODDZIAŁYWANIE PORUSZAJĄCYCH SIĘ
ŚLIZGÓW I POJAZDÓW
NA
POWŁOKĘ LODOWĄ
W tym blogu omówimy zjawiska dynamiczne występujące
w powłoce lodowej gdy na
powierzchni lodu żegluje ślizg lub porusza się
samochód. Wyjeżdżanie na lód samochodami i to nawet ciężkimi stało się
ostatnio powszechne, ale ich użytkownicy nie zawsze zdają sobie sprawę z
istniejących zagrożeń ze strony zjawisk
rezonansowych. Dla lodu, zależnie od jego grubości i od
głębokości wody, istnieje zawsze określona prędkość jazdy pojazdu zwana
rezonansową.
Jak rozumieć to pojęcie. Otóż przy prędkości rezonansowej
pojazdu, na skutek wytwarzających się na
powierzchni lodu i w wodzie fal, zanika reakcja hydrostatyczna wody i zamienia się ona na reakcję hydrodynamiczną, która wprawdzie podpiera
lód ale zupełnie inaczej niż reakcja
statyczna i lód się łamie z powodu niedostatecznego podparcia i dodatkowych
obciążeń.
Aby swobodnie rozumieć problemy prędkości rezonansowych
należy zapoznać się z paroma definicjami przedstawionymi na rysunkach Fig.1 i
Fig.2 i wynikającymi z nich pojęciami wody płytkiej i głębokiej. Jezioro
Święcajty z największą głębokością 20 m kwalifikuje się do wody głębokiej dla fali
o długości 4 metrów natomiast Ocean Spokojny kwalifikuje się do wody
płytkiej dla fali o długości kilkuset kilometrów jak to jest przy pływach czy
fali tsunami.
Na lodzie pływającym na wodzie głębokiej, krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu
zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych. Jak wynika z rysunku
fig.1 na lodzie o grubości jednego metra
po przeliczeniu jest to 64
kilometrów na godzinę. Te wartości prędkości podane na rysunku fig.1 są
zaniżone o około 15 procent, bowiem do
obliczeń przyjęto niski moduł sprężystości jak dla lodu morskiego. Dla lodu
słodkowodnego można liczyć na prędkości większe o dwadzieścia procent od
podanych.
Natomiast na lodzie pływającym na wodzie płytkiej, krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu
nie zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych, lecz zależy tylko
od głębokości akwenu. Bardzo łatwo jest
zestawić szybkości krytyczne zależnie od
głębokości wody pod lodem na którym
żegluje ślizg. Zestawiono je poniżej.
Głębokość wody metrów 1m 2m
3m 4m 5m
10m 15m 20m
50m
Prędkość krytyczna
km/godz. 11.3 15.9
19.5 22.6 25.2
35.6 43.7 50.4
79.7
Natomiast długość fali i okres fali zależą od parametrów
powłoki lodowej. Na początek sugeruję czytelnikowi obliczenie długości fali
l i okresu T jeśli grubość pokrywy lodowej wynosi dwanaście centymetrów a głębokość wody H wynosi dwa metry. Być może niektórzy z
czytelników stwierdzą, że z takim zjawiskiem już się w praktyce zetknęli, tylko nie umieli
rozpoznać zjawiska szybkości rezonansowej.
Aby wymusić fale na lodzie przy prędkościach krytycznych, to
źródło wymuszenia drgań musi mieć odpowiedni ciężar i moc. Najcięższy ślizg ma masę 0.5 tony i
źródło mocy nie więcej niż dziesięć kilowatów,
a samochód osobowy średniej klasy ma masę trzy razy większą i silnik o
mocy dziesięć razy większej. Wniosek, że
wyjeżdżając na lód ciężkimi samochodami, kierujący winni zdawać sobie
sprawę z istniejących zagrożeń.
Wykorzystano opracowanie D.E. Heisina, Dinamika ledjannowo pokrowa, Gidrometeoro-
logiczeskoje Izdatielstwo, Leningrad 67.
Opracowano 4 października 2017 r.
Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz