Во льдах арктики в центре. Это задачи для самых умных юных физиков. Инструкция по проведению

дею исследования Арктики с самолета впервые в Западной Европе высказал Руал Амундсен, который прошел ранее и Северо-Западным и Северо-Восточным проходом и открыл Южный полюс. В 1925 г. Амундсен вместе с американцем Линкольном Элсуортом организовал первую воздушную экспедицию в Арктический бассейн. На деньги Элсуорта были куплены два гидросамолета «летающие лодки» и доставлены на Шпицберген. В конце мая первая арктическая воздушная экспедиция, вылетев из Конгсфьорда, достигла 87°43" с. ш. и сделала там вынужденную посадку на льдину. Во второй половине июня, отремонтировав одну «летающую лодку», экспедиция вернулась к Шпицбергену. Она доказала, что к северу от Гренландского моря, примерно до 88-й параллели, суши не существует.

Добраться на самолете до Северного полюса удалось впервые Ричарду Бэрду 9 мая 1926 г. Он вылетел из Конгсфьорда к полюсу и через 15 часов после старта вернулся обратно. Бэрд продолжил открытие Амундсена, установив, что от 88° до самого полюса в шпицбергенском секторе Арктики земли нет.

В мае того же года - на два дня позже Бэрда - через Северный полюс из Шпицбергена в Америку на дирижабле был совершен первый в истории перелет. В полете участвовали Амундсен, Элсуорт, а также конструктор и строитель дирижабля, итальянский военный инженер Умберто Нобиле (в качестве командира корабля). Дирижабль «Норвегия», специально оборудованный по указаниям Амундсена для полета в Арктике, вылетел из Конгсфьорда на север по меридиану 11° в. д., прошел над полюсом и по меридиану 160° з. д. через 42 часа достиг мыса Барроу (самый северный выступ Аляски). Над Аляской начался сильный ветер, вынудивший дирижабль приземлиться у бухты Порт-Кларенс, на 65° с. ш. Этот первый полет над Арктикой - от Шпицбергена к Аляске (более 4000 км) - через «полюс относительной недоступности» и «ледовый полюс» - позволил доказать, что обширная «Земля Харриса», расположенная якобы между полюсом и Аляской, на самом деле не существует.

В начале мая 1928 г. Нобиле на дирижабле полу-жесткого типа «Италия» 23 мая вылетела из Конгсфьорда, утром следующего дня добралась до полюса и два часа находилась над ним. Нобиле не решился на посадку из-за плохой погоды и повернул к Шпицбергену. Из-за сильного похолодания (началось обледенение дирижабля) и внезапной потери газа «Италия» стала падать. От удара об лед моторная гондола разлетелась в щепы, моторист погиб, а из полуразбитого помещения, где находилась команда, выпали на льдину девять человек, часть продовольствия и рация. Облегченный почти на две тонны, дирижабль с гондолой, в которой оставались шестеро («группа Александрини»), быстро поднялся в воздух и исчез в восточном направлении. Об их судьбе до сих пор ничего не известно. Из девяти выброшенных на льдину трое (в том числе Нобиле) получили переломы рук и ног. Льдина дрейфовала на юг и через пять дней оказалась близ о. Фойн (80° 25" с. ш., 26° 10" в. д.). Радисту «Италии» удалось восстановить поврежденную радиостанцию, но сигналы бедствия длительное время не принимались. Поэтому на юг через льды отправились трое - шведский геофизик Финн Мальмгрен (сломавший руку) и два итальянских офицера-фашиста - с намерением добраться до Шпицбергена и сообщить о местонахождении потерпевших крушение. С 3 июня сигналы бедствия удалось принять. 24 июня шведский летчик сделал посадку на льдину, но он вывез только одного Нобиле.

18 июня из Бергена на спасение экипажа «Италия» вылетел Руал Амундсен. После 20 июня его самолет, на котором находилось шесть человек, пропал без вести. Так, стремясь спасти других полярников, погиб Амундсен, величайший по размаху исследований полярный путешественник: он первый достиг Южного полюса и первый перелетел из Европы в Америку (Шпицберген - Аляска) через Северный полюс; он первый на судне «Йоа» с севера обошел Америку (1903–1906) и был первым - и пока единственным мореплавателем, проследовавшим вдоль всего побережья Северного Ледовитого океана, после того как на судне «Мод» в 1918–1920 гг. обогнул с севера Европу и Азию.

Итак, на льду осталось восемь потерпевших крушение: с «группой Нобиле», состоявшей теперь из пяти человек, радиосвязь не прекращалась; о «группе Мальмгрена» не было никаких известий. Для их спасения Советское правительство организовало специальный комитет, который 16 июня послал из Ленинграда на север ледокол «Красин», с начала июля производивший поиски к северу от Шпицбергена в тяжелых торосистых льдах. Стартовавший с ледового аэродрома летчик Борис Григорьевич Чухновский 10 июля обнаружил «группу Мальмгрена» близ о. Северо-Восточная Земля. Но Мальмгрен погиб месяцем раньше: на пути к Шпицбергену спутники бросили изнемогающего товарища во льдах, забрав с собой продукты, причем один из офицеров, видимо, раздел его. Когда «Красин» через день подобрал обоих итальянцев, оказалось, что один - крепкий, здоровый и бодрый фашист в тюленьих мокасинах - натянул поверх теплого белья три рубашки, включая меховую и вязаную, и три пары брюк; другой офицер (Мариано ), «совершенно обессилевший, с отмороженными пальцами на ноге, лежал на льду, не имея сил даже поднять голову: он был совсем истощен, одет лишь в потертые суконные брюки и вязаную рубашку...» (А. Лактионов ). В тот же день экипаж «Красина» спас и пятерых людей из «группы Нобиле».

начале июля 1935 г. для исследования Арктического бассейна от Шпицбергена до Северной Земли из Архангельска на ледокольном пароходе «Садко» (капитан - Н. М. Николаев) отправилась первая советская высокоширотная экспедиция. Начальником ее был Г. Ушаков, научным руководителем - военный моряк-океанолог Николай Николаевич Зубов , оба опытные полярники. Погода благоприятствовала плаванию. Обогнув с запада Шпицберген вдоль кромки льда, экспедиция исследовала северную, тогда свободную от льдов, часть Гренландского моря, обнаружила здесь теплую атлантическую воду и открыла часть подводного «порога Нансена»Существование этого предполагаемого подводного хребта отметил в начале XX в. Ф. Нансен. - повышение дна, как позднее выяснилось, не сплошное, отделяющее Гренландское море от Арктического бассейна.

Описав северо-восточное побережье Шпицбергена от Семи Островов до мыса Ли-Смит, «Садко» прошел к северному берегу Новой Земли, а оттуда повернул на север. Экспедиция, делая частые промеры глубин, 1 сентября 1935 г. открыла небольшой остров (назван именем Ушакова) типа «ледяных шапок» и обнаружила в этом районе «мелководье Садко» - северную часть подводной Центральной Карской возвышенности. Затем она прошла к Северной Земле. К середине сентября, двигаясь на север вдоль кромки льдов, «Садко» достиг 82° 41" с. ш, - рекордной тогда широты для свободно плавающего судна, затем пересек с севера на юг Карское море и через Югорский Шар в конце сентября 1935 г. вернулся в Архангельск.

громная работа, проведенная советскими полярниками для освоения и обслуживания Северного морского пути в первые 20 лет Советской власти, все еще была недостаточна. Следовало расширить наши знания о главном препятствии на этом пути - о льдах. Так как режим льдов северных советских морей, широко открытых в сторону Арктического бассейна, тесно связан с режимом этого бассейна, то первоочередной задачей стало изучение метеорологических условий, морских течений и льдов в самом центре Арктики. Для этого Советское правительство решило организовать в 1937 г. гидрометеорологическую станцию на льдине в районе Северного полюса. Для облегчения доставки туда грузов на о. Рудольфа была устроена самолетная база. П. Г. Головин , первый советский летчик, пролетавший над полюсом, установил возможность посадки на лед тяжелых машин в этом районе.

21 мая 1937 г. самолет, имевший на борту четырех участников экспедиции - начальника Ивана Дмитриевича Папанина , опытного полярника-радиста Эрнста Теодоровича Кренкеля , гидробиолога и океанолога Петра Петровича Ширшова , астронома и магнитолога Евгения Константиновича Федорова , благополучно сел на ледяное поле площадью 4 км² у 89°26" с. ш., 78° з. д. В тот же день первая в мире научно-исследовательская лаборатория на Северном полюсе начала работу. Очень скоро выяснилось, что льды дрейфуют в сторону Гренландского моря. Станция «Северный полюс» («СП-1») превратилась в дрейфующую, за 274 дня прошедшую более 2500 км от полюса до берега Гренландии, причем огромное ледяное поле сократилось до размеров небольшой льдины площадью менее 500 м². 19 февраля 1938 г. у 70°54" с. ш., 19°48" з. д. ледокольные пароходы «Таймыр» и «Мурман» сняли зимовщиков вместе с приборами. За время этого беспримерного дрейфа папанинцы, непрерывно работая по 10–14 часов в сутки в тяжелых условиях, собрали исключительно ценные, совершенно новые материалы о природе Центральной Арктики.

«Экспедицией установлено, что по пути дрейфа станции никаких земель нет; изучен рельеф дна на всем протяжении дрейфа; установлено, что теплые атлантические воды глубинным течением проникают из Гренландского моря к самому полюсу; опровергнуты предположения о почти полной безжизненности приполюсного района; впервые изучено движение верхних слоев воды (толщиной до 200 м) под действием ветра: метеорологические наблюдения разрушили прежние представления о строении и циркуляции атмосферы в приполюсных пространствах...» (Н. Н. Зубов). Кроме того, исследователи установили характер льдов Центральной Арктики и закономерности их движения; определили величину магнитного склонения у полюса и по линии дрейфа; открыли поднятие дна, в то время считавшееся западной частью «порога Нансена».

По возвращении на родину всем четырем участникам присвоено звание Героя Советского Союза, каждому присуждена степень доктора географических наук.

середине июня 1937 г. был осуществлен первый в истории авиацииНапомним, что трансарктический перелет Амундсена от Шпицбергена до Аляски совершен не на самолете, а на дирижабле. трансарктический перелет из Москвы через Центральную Арктику в США. Три советских летчика - Валерий Павлович Чкалов (первый пилот), Георгий Филиппович Байдуков (второй пилот) и Александр Васильевич Беляков (штурман и радист) - вылетели из Москвы 18 июня и через 28 часов прошли над полюсом. Затем они пересекли американский сектор Арктики, крайние западные острова Канадского Арктического архипелага - Принс-Патрик и Банкс. За заливом Амундсена они летели уже над Северо-Западной Канадой и Британской Колумбией и вышли к Тихому океану у одного из южных островов архипелага Александра (Ревильяхихедо). Следуя вдоль тихоокеанского побережья материка далее на юг, Чкалов сделал посадку около города Портленд (низовье р. Колумбии, США).

В очень тяжелую навигацию 1937 г. в Арктическом бассейне было затерто льдами несколько судов, в том числе ледокольные пароходы «Садко», «Седов» и «Малыгин». С 23 октября 1937 г. из моря Лаптевых начался их совместный дрейф от 75°21" с. ш., 132° 15" в. д. на север и северо-восток. В апреле 1938 г. у 79–80° с. ш. с этих судов на материк самолетами переправили 184 человека. В конце августа к кораблям, находившимся в это время у 83° 05" с. ш. и 138° 22" в. д., пробился ледокол «Ермак» (капитан Михаил Яковлевич Сорокин ), установивший новый рекорд широты для свободно плавающих судов, и вывел из льдов «Садко» и «Малыгина»; «Седов», получивший повреждение рулевого устройства, продолжал дрейфовать. На пароходе добровольно осталась команда из 15 человек, в том числе капитан Константин Сергеевич Бадигин и гидрограф Виктор Харлампиевич Буйницкий .

Ледовая эпопея «Седова» совершалась большей частью в очень высоких широтах Арктики, почти параллельно дрейфу «Фрама», но значительно севернее. 29 августа 1939 г. корабль достиг самой северной точки дрейфа - 86°39"30" с. ш. и 47°55" в. д.

Небольшой коллектив, работая но 15–18 часов в сутки, под руководством В. Буйницкого провел астрономические, океанографические и метеорологические наблюдения, причем обнаружил самую глубоководную часть Арктического бассейна (4975 м у 86°24" с. ш., 38°35" в. д.). 20 декабря седовцы «нащупали» центральную часть «порога Нансена». (Экспедиции на дизель-электроходах «Обь» и «Лена», проведенные в 1957–1962 гг., вместо сплошного подводного хребта обнаружили отдельные поднятия и глубоководные желоба.) Продолжавшийся 812 дней дрейф «Седова» закончился 13 января 1940 г. в Гренландском море на 80°30" с. ш., 1°50" в. д. Судно, прошедшее путь 6100 км по ломаной линии и 296 дней (т. е. почти в 2,5 раза дольше, чем «Фрам») находившееся за 85-й параллелью, вывел из льдов советский ледокол «И. Сталин». Малочисленный экипаж во время ледового плена максимально использовал все возможности для научных наблюдений и сохранил свой корабль так, что он самостоятельно перешел в Мурманск (конец января 1940 г.). Всем 15 седовцам присвоено звание Героя Советского Союза.

сследуя ледовую обстановку к северу от Восточно-Сибирского и Чукотского морей, советские летчики открыли огромные плавающие «ледяные острова». Они резко отличаются от окружающих дрейфующих ледяных полей не только размерами (до 700 км²), но также и мощностью (до 35 м) и поверхностью - холмистым или волнистым рельефом; в воде они сидят глубоко и несколько напоминают айсберги, но гораздо больше их по площади и гораздо ниже (10–15 м над уровнем моря). Они дрейфуют со скоростью 2 км в сутки под влиянием главным образом глубинных течений, в меньшей мере - ветров и сохраняются по шесть и более лет. На их поверхности иногда наблюдались большие нагромождения твердых пород - нечто вроде скал. Вполне вероятно, что значительную часть сообщений о существовании «земель» близ сибирских и аляскинских берегов Северного Ледовитого океана следует отнести за счет этих плавающих объектов, «родина» которых - шельфовые ледники Канадского Арктического архипелага.

Еще в марте 1941 г. летчик И. И. Черевичный обнаружил на 74° с. ш., в северной части Восточно-Сибирского моря, ледяной остров с волнистой поверхностью и отчетливо видными руслами речек. В марте 1946 г. пилот Илья Спиридонович Котов видел к северу от Чукотского моря (76° с. ш., 165° з. д.) большой ледяной остров площадью 520 км², чуть ранее открытый и обследованный американским летчиком Джозефом Флетчером в море Бофорта, обозначившим его «Т-1» (от английского слова «таргет» -мишень). В апреле 1948 г. пилот Илья Павлович Мазурук усмотрел новый, пока самый крупный «ледяной остров» в Центральной Арктике (85°45" с. ш., 140°50" в. д.), длиной 32 км и шириной до 28 км, площадью около 700 км², с обрывистыми берегами, долинами и оврагами; из-под снега выступали камни. Приблизительно через полтора года И. Мазурук видел эту «мишень» уже сравнительно недалеко от полюса, на 87° с. ш., 155° в. д. («Т-2»).

Третий, относительно небольшой (около 100 км²) «ледяной остров» («Т-3») обнаружил к северу от Чукотского моря в апреле 1950 г. летчик Виктор Михайлович Перов . В марте 1952 г., когда «Т-3» находился на 88° с. ш., 130° з. д., на нем начала действовать американская дрейфующая метеорологическая станция; на зимовку там осталось девять человек, в том числе три научных работника. «Т-3» двигался по часовой стрелке, сначала на север, затем на восток, и в мае 1954 г. оказался недалеко от о. Элсмир. Станция в этот момент была эвакуирована. Сотрудники ее, исследовавшие, между прочим, строение «ледяного острова», при бурении под слоем льда толщиной около 16 м обнаружили 52 четких прослоя, содержащих зерна кварца, слюды и полевого шпата. Крупные валуны, разбросанные по краям «острова», свидетельствовали, что он сформировался близ берега. В марте 1957 г. станция на «Т-3» была восстановлена.

ак только закончилась Великая Отечественная война, советские исследования Центральной Арктики развернулись в самом широком масштабе. Последовательно проводилась новая система работ: в заранее определенных пунктах на лед со специально приспособленных самолетов, пилотируемых И. Черевичным и И. Котовым, весной, на сравнительно короткое время - от нескольких часов до двух-трех суток - высаживались небольшие группы исследователей разных специальностей. В 1948–1949 гг. 20 таких «прыгающих отрядов», руководимых М. М. Сомовым, выполнили несколько сот определений глубин в ряде участков Центральной Арктики, ранее никем не посещавшихся. Промеры, произведенные гидрологами Яковом Яковлевичем Гаккелем (конец апреля 1948 г.) и А. Ф. Трешниковым (тот же период следующего года) дали неожиданные результаты - 1290 и 1005 м. Основываясь на этом открытии, Я. Гаккель предсказал существование подводной горной системы, позднее названной хребтом Ломоносова, и показал ее на карте от Новосибирских о-вов до о. Элсмир. Весной того же 1949 г. группой магнитолога Михаила Емельяновича Острекина на меридиане о. Врангеля обнаружена глубина 1234 м - первое указание на существование еще одного поднятия, впоследствии получившего имя Д. И. Менделеева .

Материалы, собранные «прыгающими отрядами» за относительно небольшой период времени, позволили убрать с карт Арктики многочисленные мифические «земли» и положили начало коренному изменению представлений о рельефе дна Северного Ледовитого океана. Впрочем, уже тогда стало ясно, что сезонные - весенние - наблюдения недостаточны как для углубленного изучения Центральной Арктики, так и для практических целей - полного освоения Северного морского пути и прогнозов погоды. Поэтому в 1950 г. возобновились долгосрочные исследования на дрейфующих научных станциях по образцу «СП-1», но с увеличением количества научных работников различных специальностей и с применением каждый раз все более совершенной аппаратуры и лучшего технического оснащения. В первую очередь обследованию подвергся один из наименее изученных районов Центральной Арктики, расположенный к северу от Чукотского моря.

Весной 1950 г. под начальством М. М. Сомова была организована «СП-2». Для нее заранее выбрали большое ледяное поле примерно в 600 км к северо-востоку от о. Врангеля площадью около 30 км² и толщиной около 3 м. 31 марта, когда туда на самолете доставили первую группу, станция находилась на 76° 10" с. ш., 166°36" з. д. Все работники по два-три человека разместились в усовершенствованных каркасных палатках, освещавшихся электричеством и радиофицированных (хотя и не очень спасавших от холода); для лаборатории и сложных приборов имелись отдельные полярные юрты, большая служила кают-компанией. Летом появилось много забот: передвигаться по ледяному полю, покрытому толстым слоем тающего снега, было очень тяжело; часто вода проникала в жилища и вынуждала переносить их с места на место. Постоянно приходилось спускать со льда талую воду, а для этого прорубать каналы или бурить скважины.

Осенью эти неприятности сменились обычными для зимовщиков трудностями, связанными с морозами, метелями и мраком полярной ночи. Положение их стало опасным в начале февраля 1951 г., когда из-за многочисленных подвижек льдов, сопровождавшихся сильным сжатием и образованием огромных торосов, ледяное поле раскололось. При этом две трещины прошли прямо под рабочими помещениями, часть их разрушилась, а оборудование погибло; временно прервалась связь с Большой землей.

Через несколько дней на лагерь один за другим с громким треском начали надвигаться торосы, и льдина снова раскололась, на этот раз на мелкие осколки площадью в несколько сот квадратных метров каждый. Спасаясь от гибели, зимовщики в поисках прочного поля расходились в метель и мрак в разные стороны, ежечасно рискуя жизнью, пока не нашли сравнительно надежную льдину в 1 км от лагеря. При переброске палаток, оборудования и прочих грузов на новое место незаменимую помощь оказал легковой колесный вездеход, предусмотрительно доставленный осенью на самолете.

11 апреля, когда станция находилась на 81°44" с. ш., 163°48" з. д., ее эвакуировали. За 376 дней дрейфа она прошла, описывая зигзаги и петли, около 2600 км, но по прямой линии только 635 км.

Коллектив «СП-2» производил научные исследования при всякой погоде и в любой ледовой обстановке. Радиосвязь с Большой землей более ни разу не прерывалась; в частности, регулярно посылались сводки метеорологических наблюдений. Очень ценные результаты дали многочисленные (около 260) промеры глубин в районе дрейфа: выяснилось, что к северу от Чукотского моря, приблизительно между меридианами 160–170° з. д., материковая отмель, имеющая вид подводного полуострова (Чукотское поднятие), простирается на несколько градусов севернее, чем ранее показывалось на картах; установлен факт проникновения атлантических и тихоокеанских вод в европейско-азиатскую часть Северного Ледовитого океана (Евразийский суббассейн).

Покинутая льдина продолжала «служить» науке по крайней мере еще три года: на ней остались палатки и некоторые опознавательные знаки, за ней наблюдали советские летчики, она двигалась по часовой стрелке к северу от морей Чукотского и Бофорта и, описав огромную (с радиусом около 1000 км) неправильную окружность, в апреле 1954 г. оказалась недалеко от пункта, где находилась в момент организации «СП-2». Таким образом удалось доказать существование антициклонической циркуляции льдов и водных масс в Центральной Арктике.

В 1954 г. на заранее выбранные два ледяных поля с самолетов со всем оборудованием высадились сотрудники сразу двух дрейфующих станций «СП-3» и «СП-4», которые должны были эвакуироваться лишь в случае их выноса из Арктического бассейна. В распоряжении каждого из коллективов имелись вездеход, трактор с бульдозером и вертолет. С зимовщиками поддерживалась регулярная живая связь: ежемесячно их посещали самолеты, доставлявшие свежие продукты, дополнительное оборудование, снаряжение и почту. Жилые и рабочие помещения размещались в разборных утепленных передвижных домиках на полозьях; они отапливались газом или углем, освещались электричеством.

Станция «Северный полюс-3» под начальством А. Трешникова высажена 9 апреля 1954 г. на ледяное поле площадью около 5 км² на 86° с. ш., 175°45" з. д. Делая зигзаги, льдина медленно, но в общем устойчиво продвигалась на север и 25 августа находилась всего лишь в 30 км от полюса. В конце августа, пребывая еще близ полюса, станция пересекла подводный хребет Ломоносова. «Еще задолго до этого момента частыми промерами были обнаружены резкие колебания глубин... При пересечении самого хребта на расстоянии лишь 8 км отмечены колебания... на 1,5–2 тыс. м. Наименьшая глубина, измеренная нами на вершине хребта, оказалась немногим более 1 тыс. м. Систематические промеры... показали, что рельеф дна в районе простирания хребта представляет собой подводную «горную страну» с отрогами и отдельными возвышенностями с весьма крутыми склонами» (А. Трешников).

До конца ноября «СП-3» дрейфовала около полюса, описывая сложные петли, и не раз при этом снова пересекала хребет Ломоносова. Лед близ станции начал ломаться, и 24 ноября трещина, расколовшая ледяное поле, разделила лагерь на два неравных участка, которые стали расходиться. Льдина с основной частью лагеря имела площадь около 16 га. Работникам, оказавшимся на другой, большей льдине, на вертолете были доставлены припасы и нужные вещи и с ними установлена телефонная связь. В начале декабря при 40-градусном морозе под лагерем прошла вторая трещина, быстро расширившаяся; жилые помещения с помощью трактора пришлось перевезти на другое место, казалось, более надежное, той же льдины. Но она продолжала распадаться и через три недели уменьшилась примерно до 5 га. К счастью, края старой трещины в это время сошлись. Прорубив ворота в гряде образовавшихся торосов, зимовщики за трое суток перебросили весь лагерь на большую часть старого ледяного поля.

В середине марта 1954 г. трещина снова разделила лагерь на два «осколка», но коллектив, привыкший к таким неожиданностям, успешно справился с очередным ЧП. В течение многих недель, находясь менее чем в 300 км от Гренландии, льдина, становившаяся все менее надежной, почти не меняла своего положения. К югу от нее в апреле образовались обширные пространства чистой воды.

В связи с этим 20 апреля 1955 г., когда «СП-3» достигла 86° с. ш., 31°42" з. д., пройдя за 376 дней 2200 км (по прямой - 830 км), ее эвакуировали.

Станция «СП-4» под начальством Е. И. Толстикова высажена 8 апреля 1954 г. на 75°48" с. ш., 175°25" з. д. на многолетнее ледяное поле площадью около 4 км² и толщиной около 2,5 м, с отдельными буграми, достигающими 18 м высоты. Гряды торосов по середине и краям льдины указывали, что она подвергалась сильному сжатию окружающего льда. Лагерь располагался на самом высоком участке ледяного поля, а жилые и рабочие помещения на буграх. И выбор поля, и размещение лагеря оказались удачными. Разумеется, и это поле неоднократно разламывалось и к концу дрейфа уменьшилось почти в 10 раз. Однако лагерю никогда не грозила опасность, а летом под строениями на буграх не было талой воды, причинявшей много неприятностей работникам других станций.

Летом полярники находились в районе океана, где льда на поверхности воды оставалось лишь 20–30%. Часто льдину окружала чистая вода, простиравшаяся до горизонта. «Во время штормов брызги от волн долетали до лагеря. Края льдины постепенно обламывались» (Е. Толстиков).

Коллектив «СП-4» работал также в широкой полосе по обе стороны от линии дрейфа, на других льдинах, иногда до 100 км от базы. Доставлялись сотрудники туда на вертолете, а связь с ними поддерживалась по радио. За год станция прошла боле 2600 км. а по прямой линии - только 530 км. Важнейшим ее океанографическим достижением было исследование подводного полуострова материковой отмели. 20 апреля 1955 г., когда льдина находилась на 80°53" с. ш., 175°50" з. д., весь коллектив «СП-4» сменили. А 18 апреля 1956 г. на той же льдине приступила к работе третья смена зимовщиков под руководством географа А. Дралкина. В неспокойных условиях, особенно в самом начале дрейфа, коллектив провел изучение наименее исследованного сектора океана, ограниченного 86°33" с. ш. и меридианами 0–85° в. д. Ровно через год станция завершила дрейф, пройдя за три года больше 7000 км. За этот срок тремя группами выполнено более 1400 измерений глубин, что позволило коренным образом изменить карту рельефа дна Северного Ледовитого океана.

Большой успех выпал на долю высокоширотной воздушной экспедиции 1957 г., преемницы «прыгающих отрядов». Среди глубин более 4 км ее участники выявили отметки менее 3 км, в том числе 1027 м, и обнаружили несколько конусовидных вершин. Открытие продолжила третья смена зимовщиков дрейфующей станции «СП-6»: в середине февраля 1959 г. они засекли отдельные поднятия, над большим из которых толща океана составила лишь 728 м. Опираясь на эти данные, Я. Гаккель пришел к важному выводу: в Арктическом бассейне западнее хребта Ломоносова проходит крупное подводное сооружение вулканического происхождения (впоследствии названное в его честь).

В итоге многолетнего изучения Северного Ледовитого океана советские полярники установили, что его дно расчленено тремя подводными горными цепями - Ломоносова, Менделеева и Гаккеля. Хребет Ломоносова, имеющий много отрогов, протягивается примерно на 1800 км от Новосибирских о-вов через Северный полюс к о. Элсмир; в Арктическом бассейне глубина над ним 954–1650 м, над дном океана он возвышается на 3,3–3,7 км, а ряд острых вершин - до 4 км. Хребет Менделеева, отделенный котловиной Подводников от хребта Ломоносова, простирается от его центральной части примерно по 180° к материковому склону Чукотки; средняя высота над дном около 1 км. Подводный хребет Гаккеля (длина почти 2000 км, средняя высота около 1,5 км) располагается западнее цепи Ломоносова и отделен от нее котловиной Амундсена, самой глубоководной акваторией Ледовитого океана. Далее к юго-западу обнаружена котловина Нансена, характеризующаяся преобладанием глубин более 4 км (максимум - 5449 м).

Значительный вклад в исследование Северного Ледовитого океана внесли также коллективы американских дрейфующих станций «Т-3», «Чарли» и «Альфа». В конце 50-х гг. они выявили три крупные подводные возвышения, включая поднятие Бофорта близ материкового побережья Канады, с глубинами над ним от 1 до 2,5 км, поднятие АльфаЭту сложную систему подводных сооружений с крутыми склонами некоторые ученые считают частью хребта Менделеева, хотя они разделены глубоководной ложбиной (ущелье Сотрудничества), выявленной в 1967 г. советскими океанологами. севернее о. Элсмир, с глубинами не более 1,4 км, поднятие Моррис-Джесеп - выступ Северо-Гренландского шельфа. Американские полярники открыли также несколько понижений дна, в том числе Ущелье Чарли, отделяющее хребты Ломоносова и Менделеева, и ущелье Арлис - между Чукотским поднятием и цепью Менделеева.

По материалам, собранным советскими и американскими исследователями, оконтурены три котловины - Канадская, крупнейшая в Арктическом бассейне, с глубинами до 3810 м, Макарова, расположенная в приполюсном районе (до 3940 м), и Подводников, заключенная между хребтами Менделеева и Ломоносова.

онец августа 1952 г. выдался чрезвычайно капризным: туманы, низкая плотная облачность и аномально высокая (+ 12°С) температура в районе полюса. 25 августа на ледовую разведку туда был направлен самолет И. Черевичного (штурман Валентин Иванович Аккуратов ). Сплошные облака вынудили летчиков снизиться до 50 м, но вскоре из-за начавшегося интенсивного обледенения пришлось набрать высоту и освободиться от льда специальным пневматическим устройством. Вновь пойдя на снижение, машина внезапно попала в разрыв облачности, «и прямо по курсу на фоне испещренных разводьями и трещинами льдов мы увидели... два черных острова» (В. Аккуратов). После уточнения местоположения обнаруженной земли - 90° з. д., 88°30" с. ш. в Американском секторе Арктики - стало очевидным, что она не может принадлежать Канадскому Арктическому архипелагу.

Мысль о посадке на лед для изучения этих клочков суши (длина одного около - 300 м, другого вдвое короче) пришлось отбросить: для продолжения ледовой разведки и возвращения на базу могло не хватить горючего. Покружившись над объектом около получаса и ограничившись фотографированием, И. Черевичный продолжил полет по заданию. Как считает В. Аккуратов, снег, маскировавший эти островки под высокие торосы, растаял, и на фоне полярных льдов очень отчетливо проявились черные скалы со множеством птиц. Почти через год один из найденных островков вновь промелькнул под крылом самолета, на борту которого находился В. Аккуратов, но туман не позволил осмотреть находку детальнее. И до настоящего времени самые северные острова Земли на карты не нанесены: пока окончательно еще не доказано - призрак это или реальность.

ересечь материк - задача тяжелая, но, как мы неоднократно рассказывали, разрешимая. Пройти по льду весь Северный Ледовитый океан не пытался ни один смельчак до конца 60-х гг. XX в. Намереваясь выполнить первый трансарктический переход, английский полярный путешественник Уолтер Уильям (Уолли) Херберт прошел в 1958–1967 гг. антарктическую и арктическую «закалку». А 21 февраля 1968 г. Херберт с тремя спутниками на четырех собачьих упряжках начал борьбу с ледяными пространствами океана. Со старта - мыс Барроу, Аляска, - в первый день удалось преодолеть 8 км. В течение почти всего марта при температуре - 35–40° С продвижению группы мешали течения; к тому же она шла не по паку, как предполагалось, а по обширным пространствам молодого потрескавшегося льда. В ряде случаев он едва выдерживал массу человека; иногда встречались сравнительно крупные разводья, вынуждавшие отклоняться от курса на 20–30°. Путешественники то взбирались на ледяные холмы, то скатывались с них, преодолевали озера чистой воды и пересекали ледяные острова.

В июне погода ухудшилась - тучи заволокли небо, снег стал глубоким и липким, чаще попадались разводья и трещины; иногда приходилось превращать нарты в лодки - и темп похода упал до 3 км в день. В начале июля Херберт достиг 82°27" с. ш., 163°30" з. д., но о дальнейшем продвижении до наступления осени нечего было и думать. Пришлось разбить летний палаточный лагерь, получивший название «Тающий город». В нем группа прожила до 4 сентября. Вскоре после вторичного старта один из четверки, споткнувшись, неудачно упал, повредил позвоночник и растянул связки. Поиски подходящей для вынужденной зимовки льдины затянулись до 15 сентября - прежняя для этой цели была уже не пригодна. В начале ноября зимовщики находились на 85°48" с. ш., 164°20" з. д., а к концу месяца дрейф сместил их на 160 км к юго-востоку. Время они коротали в сборах метеорологических, гляциологических и геофизических материалов и в уходе за больным. На родине, в Великобритании, и далеко за ее пределами судьба их внушала беспокойство - об этом красноречиво свидетельствовала многочисленная корреспонденция. А одна престарелая женщина из США трогательно-наивно спрашивала в письме: «Кто придумал для вас, ребятки, эту экспедицию?»

Грохот ломающейся льдины в конце февраля 1969 г. возвестил о начале нового этапа похода. Херберт и его спутники, включая пострадавшего, поставленного на ноги заботливым уходом, направились к полюсу. Ориентироваться приходилось только по Венере: солнце и луна на небосклоне еще не появлялись. Морозы достигали 48° С. «Холод был поистине нестерпимым. Мы, казалось, промерзали насквозь. Часто мы бывали отчаянно голодны и испытывали сильную жажду, но не могли останавливаться днем, чтобы разбить палатку. Примерно с 8 утра до 8–9 вечера мы не ели и не пили ничего горячего, а к концу тяжелого перехода просто заваливались в спальные мешки и быстро засыпали» (У. Херберт).

Постепенно морозы стали ослабевать, а после того, как выглянуло солнце, путешественники проводили в движении все больше и больше времени. Улучшилось и качество «дороги» - впервые они шли по твердому снегу, уплотненному ветром. 5 апреля группа достигла Северного полюса. «Какой был день - воскресенье, суббота? А может быть, понедельник? Здесь этих понятий не существовало. Мы сильно устали после изнурительных переходов... за последние шесть недель» (У. Херберт). В конце апреля четверка достигла района очень подвижного льда и едва не лишилась одной упряжки. Трещины и разводья препятствовали им двигаться прямо на юг - приходилось совершать «обходные маневры». За день нарты многократно проваливались в лужи - и все же именно этот этап маршрута отличался наиболее продолжительными дневными переходами.

С начала мая - на Северном Ледовитом океане это месяц частых туманов - груши двигалась в белесой мгле, проваливаясь в невидимые ямы. А 29 мая, пройдя около 5600 км но льду и выполнив первое полное пересечение океана по его большой оси, они вышли к скалистому островку из группы Семи Островов у северо-восточного побережья Шпицбергена. Переправив всех собак и снаряжение вертолетом на борт британского судна, Херберт завершил экспедицию 10 июня. За время трансарктического перехода четверка почти ежедневно измеряла толщину льда и плотность снега, изучала топографию ледяной поверхности и условия жизни полярной фауны, собирала данные о погоде. Этот поход, продолжавшийся 476 дней, одно из выдающихся географических достижений наших дней, удалось благополучно до вести до конца благодаря поддержке с воздуха (продукты питания и другие необходимые вещи доставляли самолеты) и постоянной радиосвязи с передачей сведений о состоянии льда и метеоусловиях.

опытки пройти на судах через Полярный бассейн предпринимались, как мы уже отмечали (см. т. III, гл. 17), с 60-х гг. XVIII в. Однако заканчивались они неудачей: преодолеть многолетние мощные ледяные поля не смогли ни парусные корабли и пароходы, ни ледоколы и дизель-электроходы. Лишь с появлением атомных ледоколов проблема покорения Центральной Арктики превратилась в реальную задачу. Впрочем, располагать такими гигантами еще не значит справиться со всеми трудностями и сюрпризами высоких широт, - необходимы достоверные данные о природных условиях этой огромной акватории. А они могут быть получены - и были собраны - в результате многолетней кропотливой исследовательской работы.

В 1976 г. сотрудники Института Арктики и Антарктики, проанализировав имеющиеся материалы, подняли вопрос об организации высокоширотной экспедиции через Полярный бассейн к Северному полюсу на атомном ледоколе. Но по прогнозу к осени ожидались не совсем благоприятные условия, и поход пришлось отложить до осени следующего года. 9 августа 1977 г. атомный ледокол «Арктика»C 1982 г. - «Леонид Брежнев»; водоизмещение этого гиганта 23,4 тыс. т, длинна 148 м. (руководитель экспедиции Тимофей Борисович Гуженко, капитан Юрий Сергеевич Кучиев) отправился в плавание из Мурманска. Обогнув северную оконечность Новой Земли, он двинулся на юго-восток через перемычки дрейфующего разреженного льда и, не снижая скорости, прошел проливом между о-вами Арктического Института и о. Свердруп. Далее корабль следовал обычной трассой на восток-северо-восток, 13 августа проник в море Лаптевых через пролив Вилькицкого и за 120° в. д. повернул на северо-северо-восток. Утром 14 августа «Арктика» подошла к границе сплоченных льдов и взяла курс прямо на север. На следующий день, оставив к югу 85° с. ш., атомоход начал активное плавание во льдах Арктического бассейна, куда надводные корабли попадали только дрейфуя. Скорость снизилась до 18,5 км/час и по мере увеличения количества «сибиряка» - многолетних зеленоватых льдов, формирующихся к северу от побережья Сибири - продолжала падать. Поля с торосами «Арктика» форсировала напролом, продавливая своей массой; в ряде случаев при заклинивании приходилось прибегать к раскачиванию огромного судна с целью освобождения из ледовых объятий.

На 88-й параллели состоялась первая встреча с так называемым «канадцем» - очень мощным голубоватым льдом, образующимся у побережья Аляски и Канадского Арктического архипелага, и движение судна резко замедлилось, хотя с помощью вертолета выбирался наиболее удобный путь по стыкам полей и их обломкам. Ранним утром 17 августа впервые в истории мореплавания надводный корабль, преодолев за трое суток более 1100 км, вышел к «макушке» планеты. На полюсе, вклинившись в большой многолетний ледяной массив, «Арктика» простояла около 15 часов; погода выдалась как по заказу, тихая с редким снежком при 0° С.

Обратный путь по 45° в. д. был значительно труднее: уже на следующий день ледокол форсировал огромное монолитное поле «канадца». К вечеру судно наткнулось на ледяной остров и попало в жесткие тиски; на преодоление сопротивления арктического «скитальца» ушло семь часов. Затем «Арктика» одержала победу над несколькими грядами торосов и утром 19 августа пересекла 88° с. ш. Этот отрезок в один градус оказался самым тяжелым за весь рейс. Далее к югу количество тяжелых льдов стало постепенно уменьшаться - соответственно возросла скорость. За 85° с.ш. «канадец» кончился, и ледокол вступил в район битого льда, заполняющего промежутки между ледяными нолями. Утром 21 августа, у 79°48" с.ш., «Арктика» вышла на чистую воду и взяла курс на Мурманск, прибыв туда вечером следующего дня. На весь путь длиной около 7100 км она затратила 13 суток, около трети этого расстояния пройдя в сплоченных льдах, ведомая вертолетом.

Плавание атомохода позволило впервые получить достоверные данные о льдах по всему маршруту в высоких широтах и открыло новые перспективы в освоении Арктики. За выполнение выдающегося достижения, ставшего одной из важнейших вех в истории арктической навигации, Т. Гуженко, Ю. Кучиев и еще трое участников удостоены звания Героя Советского Союза.

Практический вывод из похода «Арктики» был сделан очень скоро: в конце мая 1978 г. по высокоширотной трассе отправился атомный ледокол «Сибирь» (капитан Владимир Константинович Кочетков ) с одним транспортным судном. Обойдя с севера Новую Землю, архипелаг Северная Земля и Новосибирские о-ва и преодолев льды пяти морей, 13 июня, т. е. через 18 дней, атомоход вывел транспорт на чистую воду в Чукотском море близ мыса Сердце-Камень. Тяжелые ледовые условия, особенно в Восточно-Сибирском море, компенсируются значительным (на 2100 км) сокращением трассы по сравнению с обычным маршрутом судов по Северному морскому пути.

Веб-дизайн © Андрей Ансимов, 2008 - 2014 год

5. Найти индуктивность цепи, изоб- ражённой на рисунке. Индуктивности всех катушек в схеме одинаковы и равны L, индуктивностями соедини- тельных проводов и влиянием катушек друг на друга пренебречь. Решение. Если на входные клеммы этой цепи подаётся перемен- ное синусоидальное напряжение с круговой частотой ω, то индуктив- ные сопротивления всех катушек будут одинаковы и равны ωL. При этом правила сложения этих сопротивлений будут теми же, что и для схемы, состоящей из резисторов, то есть при последовательном соедине- нии складываются индуктивности, а при параллельном их обратные величины. Для расчёта индуктивности вначале перерисуем схему, например, так, как показано на рисунке слева. Поскольку все индуктивности одинаковы, то из соображений сим- метрии следует, что потенциалы точек A и B в любой момент времени будут совпадать. Поэтому можно замкнуть их проводником. Получим, что катушки индуктивности L1 и L4 , L2 и L3 , L5 и L7 соединены парал- лельно. Значит, схему можно теперь перерисовать так, как показано на рисунке справа, и она будет состоять из катушек с индуктивностями L/2 и L, соединённых последовательно и параллельно. Общая индук- тивность такой схемы будет равна 1 1 7 Lобщ = = = L. 1 1 1 1 15 + + L L 1 L L 3L + + 2 1 1 2 8 + L/2 1 L+ L/2 11 Городской этап. Первый теоретический тур Состоялся 19 февраля 2006 года. 7 класс На выполнение задания отводилось 3 астрономических часа. 1. Найдите примерную величину давления в центре Земли, считая, что средняя плотность вещества земного шара равна ρ = 5000 кг/м3 . Радиус Земли RЗ = 6400 км. Ускорение свободного падения на поверх- ности Земли g = 10 м/с2 . Решение. На глубине h под поверхностью жидкости давление равно p = ρgh, где ρ её плотность, а g ускорение свободного падения. Но мы не можем воспользоваться этой формулой для нахождения давления в центре Земли, поскольку g не остаётся постоянным по мере продви- жения вглубь Земли. Действительно, представим себе, что нам удалось просверлить скважину до центра Земли. Ясно, что тело, опущенное в неё до этого центра, будет со всех сторон одинаково притягиваться веществом Земли и находиться в состоянии невесомости, то есть уско- рение свободного падения постепенно уменьшается от значения 10 м/с2 на поверхности Земли до нуля в её центре. Поэтому в формулу для дав- ления надо подставить среднее значение ускорения свободного падения, равное g/2. Значит, величина давления в центре Земли примерно равна p = ρgRЗ /2 ≈ 1,6 · 1011 Па = 1, 6 миллиона атмосфер! Замечание. По современным представлениям, Земля состоит из трёх основных слоёв тонкой коры, довольно толстой мантии (около 3000 км), сложенной из пород сравнительно небольшой плотности, и тяжёлого (железного) ядра. Ускорение свободного падения также довольно сложным образом зависит от глубины (см. задачу № 3 окруж- ного этапа, стр. 7). С учётом этого расчёт даёт для давления в центре Земли ещё б´льшую величину: pц ≈ 3,6 миллиона атмосфер! o 2. Школьники побывали в музее-имении Л. Н. Толстого Ясная поляна и возвращались в Рязань на автобусах, которые ехали со ско- ростью v1 = 70 км/ч. Пошёл дождь, и водители снизили скорость до v2 = 60 км/ч. Когда дождь кончился, до Рязани оставалось проехать S = 40 км. Автобусы поехали со скоростью v3 = 75 км/ч и въехали в Рязань в точно запланированное время. Сколько времени шёл дождь? Чему равна средняя скорость автобуса? Для упрощения считайте, что автобусы в пути не останавливались. 12 Решение. Средняя скорость автобуса это отношение пройденного пути к затраченному времени. Так как расстояние от Ясной поляны до Рязани из-за дождя не изменилось, и время, проведённое школьни- ками в автобусе, также не изменилось (потому что автобусы въехали в Рязань в точно запланированное время), то средняя скорость совпадает с начальной скоростью vср = 70 км/ч. Пусть дождь шёл в течение времени t. Тогда путь, пройденный за это время, составил v2 t. Время, за которое после дождя автобусы про- ехали оставшееся расстояние, равно S/v3 . Ясно, что время, затраченное автобусами с момента начала дождя до прибытия в Рязань, должно равняться времени, которое потребовалось бы для преодоления того же расстояния с начальной скоростью v1: S v2 t + S t+ = . v3 v1 Отсюда находим время, в течение которого шёл дождь: v1 S S S(v3 − v1) t= − = = 16 минут. v1 − v2 v1 v3 v3 (v1 − v2) 3. Во льдах Арктики в центре небольшой плоской льдины площадью S = 70 м2 стоит белый медведь массой m = 700 кг. При этом надводная часть льдины выступает над поверхностью воды на высоту h = 10 см. На какой глубине под водой находится нижняя поверхность льдины? Плотность воды ρв = 1000 кг/м3 , плотность льда ρл = 900 кг/м3 . Решение. Обозначим через x искомую глубину. Сила тяже- сти, действующая на льдину с медведем, равна, очевидно, g(m + ρл S(h + x)). Она должна равняться силе давления воды на ниж- нюю поверхность льдины, находящуюся на глубине x, то есть ρв gxS, поскольку льдина находится в состоянии равновесия. Отсюда получаем: x = (m + ρл hS)/((ρв − ρл)S) = 1 м. 4. Провода над железной дорогой, питающие током электропоезда, натягиваются с помощью системы, показанной на рисунке. Она кре- пится к столбу и состоит из тросов, блоков с изоляторами и стального груза квадратного сечения со стороной a = 20 см. Сила натяжения тол- стого троса, который идёт от крайнего блока к держателю проводов, равна T = 8 кН. Какова высота h стального груза? Плотность стали равна ρс = 7800 кг/м3 . Ускорение свободного падения g = 10 м/с2 . 13 Решение. Легко видеть, что каждый блок, охваченный двумя горизонтальными участками тросов, даёт выигрыш в силе в 2 раза. Значит, три таких блока, изображённые на рисунке, дадут выиг- рыш в 23 = 8 раз. Сила тяжести, действующая на груз, равна ρс gV , где V = a2 h объём груза. Значит, сила натяжения толстого троса будет в 8 раз больше: T = 8ρс gV . Отсюда получаем, что объём стального груза составляет V = T /(8ρс g), a его длина равна h = T /(8ρс ga2) ≈ 0,32 м = 32 см. 8 класс На выполнение задания отводилось 3 астрономических часа. 1. Школьники побывали в селе Константиново, на родине Сергея Есе- нина, и возвращались к себе домой в Рязань на автобусах. Авто- бусы ехали со скоростью v1 = 70 км/ч. Пошёл дождь, и водители сни- зили скорость до v2 = 50 км/ч. Когда дождь кончился, автобусы вновь поехали с прежней скоростью и въехали в Рязань на 10 минут позже, чем было запланировано. Сколько времени шёл дождь? Решение. Сделаем рисунок и введём на нём следующие обозначе- ния: К Константиново; R Рязань; AB участок, который автобус проехал под дождём за искомое время t; AC участок, который про- ехал бы автобус за то же время t, если бы не было дождя. Ясно, что BC = AC − AB = (v1 − v2)t. С другой стороны, автобус прошёл путь KA + AB + CR за то же время, за какое было заплани- 14 ровано пройти весь путь KR. Значит, BC = v1 ∆t, где ∆t = 10 минут время, на которое опоздали автобусы. Приравнивая полученные выра- жения, имеем: (v1 − v2)t = v1 ∆t, откуда t = v1 ∆t/(v1 − v2). 2. В двухлитровую пластиковую бутыль через короткий шланг накачи- вается воздух до давления 2 атм. Шланг пережимается, и к нему присо- единяется герметичный тонкостенный полиэтиленовый пакет большой ёмкости (больше 10 литров) без воздуха внутри. Бутыль вместе с паке- том кладут на одну чашку весов и уравновешивают гирями, которые помещают на другую чашку, а затем зажим ослабляется. Воздух из бутыли перетекает в пакет, и равновесие весов нарушается. Груз какой массы и на какую чашку весов нужно положить, чтобы равновесие весов восстановилось? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м3 , ускорение свобод- ного падения считать равным 10 м/с2 . Решение. Суммарная масса воздуха внутри бутыли и пакета после перетекания воздуха из бутыли в пакет не изменилась. Следовательно, суммарная сила тяжести, действующая на обе оболочки и воздух внутри них, осталась прежней. Однако изменился суммарный объём, который занимают вместе бутыль и пакет, так как после ослабле- ния зажима часть воздуха из бутыли перешла в пакет. Давление в пакете стало равным 1 атм, значит, такое же давление установилось и в бутыли. Воздух, который в бутыли занимал объём 2 л при дав- лении 2 атм, теперь при давлении 1 атм занимает объём 4 л. Таким образом, в пакете оказалось 2 литра воздуха, и суммарный объём уве- личился на 2 литра. На бутыль и пакет со стороны воздуха действует выталкивающая (Архимедова) сила. Приращение этой силы равно: ∆FА = 0,002 м3 · (1,3 кг/м3) · (10 м/с2) = 0,026 Н. Таким образом, для того, чтобы равновесие весов восстановилось, нужно на ту же чашку, где находится бутыль и пакет, добавить гирьки суммарной массой М = ∆FА /g = 2,6 г. 3. В калориметре находится m = 100 г расплавленного металла гал- лия при температуре его плавления tпл = 29,8 ◦ C. Его начали медленно охлаждать, оберегая от внешних воздействий, и в результате темпера- тура понизилась до t = 19,8 ◦ C, а галлий остался жидким. Когда пере- охлаждённый таким образом жидкий галлий размешали палочкой, он частично перешёл в твердое состояние. Найдите массу отвердевшего галлия и установившуюся в калориметре температуру. Удельная теп- лота плавления галлия λ = 80 кДж/кг, удельная теплоёмкость жидкого галлия c = 410 Дж/(кг · ◦ C). Теплоёмкостью калориметра и палочки пренебречь. 15 Решение. При отвердевании галлия выделяется теплота кристалли- зации, что приводит к нагреванию системы до температуры плавления галлия tпл = 29,8 ◦ C, поскольку только при этой температуре жидкий и твёрдый галлий будут находиться в равновесии. Количество теплоты, выделяющееся при отвердевании массы m1 галлия, равно λm1 . Оно идёт на нагревание всего галлия до темпера- туры плавления; для этого требуется количество теплоты cm(tпл − t). Следовательно, m1 = cm(tпл − t)/λ ≈ 5,1 г. Заметим, что если бы переохлаждение было очень сильным, то теп- лоты кристаллизации могло бы не хватить для нагревания всей массы галлия до температуры плавления. Однако, поскольку m1 < m, то в нашем случае галлий действительно нагреется до этой температуры. 9 класс На выполнение задания отводилось 4 астрономических часа. 1. Цилиндр массой M поместили на рельсы, наклоненные под углом α к горизонту (вид сбоку показан на рисунке). Груз какой мини- мальной массы m нужно прикрепить к намо- танной на цилиндр нити, чтобы он покатился вверх? Проскальзывание отсутствует. Решение. На цилиндр действуют при- ложенная к его центру сила тяжести M g и приложенная к его краю сила натяже- ния нити, равная mg. Цилиндр покатится вверх, если момент силы тяжести относи- тельно оси, проходящей через точку А пер- пендикулярно плоскости рисунка, будет меньше момента силы натяжения нити. Поскольку плечи сил тяжести и натяже- ния нити равны R sin α и R(1 − sin α), то искомое условие имеет вид: M gR sin α < mgR(1 − sin α), или m > (M sin α)/(1 − sin α). 2. Алюминиевая проволока диаметром d = 2,5 мм, не слишком гну- тая, покрыта льдом. Общий диаметр проволоки со льдом равен D = 3,5 мм. Температура льда и проволоки t = 0 ◦ C. По проволоке пустили ток силой I = 15 А. За какое время лёд растает? Плотность льда ρл = 0,9 г/см3 , а его удельная теплота плавления λ = 340 кДж/кг. Удельное сопротивление алюминия ρ = 2,8 · 10−8 Ом · м. 16 Решение. При прохождении тока через проволоку в ней выделя- ется тепло, равное по закону Джоуля-Ленца Q = I 2 Rτ , где τ искомое время таяния льда, а R сопротивление проволоки. Это сопротивление, согласно известной формуле, равно R = ρl/S = 4ρl/πd2 (здесь l длина проволоки, S площадь её поперечного сечения). Это количество теп- лоты расходуется на плавление льда: Q = λm. Масса льда m равна произведению его плотности на объём: m = ρл V = ρл (1/4)π(D2 − d2)l. Приравнивая полученные выражения для количеств теплоты, окон- чательно получаем: τ = λρл π 2 d2 (D2 − d2)/(16I 2 ρ) ≈ 19 мин. 3. Электрическая цепь состоит из трёх резисторов с известными сопро- тивлениями R1 = 20 Ом, R2 = 30 Ом, R4 = 60 Ом, одного резистора с неиз- вестным сопротивлением R3 и одного переменного резистора (см. рис.) При измерении сопротивления RАВ между точками А и В этой электрической цепи выяснилось, что оно не зависит от сопротивления переменного резистора. Найдите величины сопротивлений неизвестного резистора R3 и всей цепи RАВ. Решение. Идея решения заключается в том, что при условиях задачи ток через переменный резистор не идёт, и напряжение на нём равно нулю (в противном случае изменение сопротивления этого рези- стора неизбежно приводило бы к изменению величины RАВ). Отсюда вытекает, что напряжения U1 и U3 на резисторах R1 и R3 совпадают. Так как R1 R3 U1 = UAB · , U3 = UAB · , R1 + R2 R3 + R4 то отсюда R1 R4 = R2 R3 , и сопротивление неизвестного рези- стора R3 = R1 R4 /R2 = 40 Ом. Сопротивление всей цепи можно найти, пользуясь формулой для параллельного соединения резисторов: 1 1 1 (R1 + R2)R4 = + , откуда RAB = ≈ 33 Ом. RAB R1 + R2 R3 + R4 R2 + R4 4. В секстанте, который позволяет определять угол ϕ возвышения Солнца над горизонтом в полдень и, таким образом, широту местности, используются два плоских зеркала, от которых свет поочерёдно отра- жается и угол α между которыми регулируется. Изображение Солнца в этих зеркалах при измерениях с помощью секстанта необходимо сов- местить с линией горизонта, подбирая угол α. Найдите связь угла α с 17 углом ϕ и объясните, почему использование секстанта сильно упрощает задачу нахождения угла ϕ, особенно при качке корабля. Решение. Построим ход луча света от Солнца в секстанте при двух отражениях света от плоских зеркал, угол между которыми равен α (см. рис.). Обозначим вершину угла α точкой O, точки падения луча на первое и второе зеркала A и B, точку пересечения перпендикуляров, восставленных к зеркалам в точках A и B через C, точку пересечения входящего в прибор и выходящего из него лучей через D. В момент снятия показаний при правильном положении зеркал прямая BD гори- зонтальна, а углы падения света на зеркала равны, соответственно, i1 и i2 . В четырёхугольнике AOBC два угла OBC и OAC прямые, поэтому угол BCA равен (π − α), а смежный с ним равняется α. Но этот же угол является внешним углом треугольника ABC, поэтому α = i1 + i2 . В свою очередь, угол ϕ возвышения Солнца над горизон- том равен углу BDA в треугольнике ABD, остальные углы которого равны, соответственно, 2i1 и 2i2 . Поэтому ϕ = π − 2(i1 + i2) = π − 2α. Таким образом, α = (π − ϕ)/2 и не зависит от угла падения света на зеркала. Поэтому даже при качке корабля и изменении угла i1 луч света от Солнца, выходящий из секстанта, сохраняет своё направление (горизонтальное при правильном подборе угла α). При этом совместить изображение Солнца с горизонтом гораздо проще, чем визировать на угломерном инструменте сразу два направления на Солнце и на гори- зонт, да ещё если всё качается! 18 10 класс На выполнение задания отводилось 5 астрономических часов. 1. Однажды летним утром кузнечик сидел на асфальте. Когда Солнце поднялось на угол ϕ над горизонтом, он прыгнул в сторону Солнца с начальной скоростью v0 под углом α к горизонту. С какой скоростью движется по асфальту тень кузнечика спустя время t после прыжка? Решение. Направим ось X по горизонтали в сторону Солнца, ось Y вертикально вверх, а начало координат поместим в точку, где сидел кузнечик. Закон движения кузнечика имеет вид: gt2 2v0 sin α x(t) = v0 cos α · t, y(t) = v0 sin α · t − , причём 0 ёg шайба начнёт скользить по доске сразу же, при α = 0. Пусть теперь ω 2 R ёg, и α = 0. Определим, при каких условиях возможно скольжение шайбы к шарниру и от него. 1. Шайба будет скользить к шарниру, если начнёт выпол- няться условие sin α − ё cos α > ω 2 R/g. Введём обозначение: 1 ё β = arctg ё = arccos = arcsin . Тогда приведённое 1 + ё2 1 + ё2 условие можно записать в виде: ω2R ω2R sin(α − β) > , или α > β + arcsin . g ё2 + 1 g ё2 + 1 ω2R π Отметим, что ввиду того, что ё < 1, имеем β + arcsin , < g 1+ 2 ё2 поэтому, начиная с некоторой величины угла α, рассматриваемое усло- вие будет выполняться. 2. Аналогично, шайба может начать скользить от шарнира, если sin α − ё cos α < ω 2 R/g. ω2R Это условие можно записать в виде: α > π − β − arcsin , g ё2 + 1 однако при 0 < α < π/2 оно не выполняется. Комбинируя полученные результаты, приходим к ответу: при ω 2 R > ёg шайба начнёт скользить по доске при α = 0; при ω 2 R ёg < g шайба начнёт скользить по доске к шарниру при ω2R α > arctg ё + arcsin . g ё2 + 1 3. Два космических корабля с массами m1 и m2 летят с выключенными двигателями в поле тяготения звезды, масса которой M много больше 20