СНЕГ И ЕГО СВОЙСТВА

Вам, конечно, известно, что лыжники в зависимости от состояния снега и температуры наружного воздуха применяют для смазки лыж различные мази. На дворе оттепель — одна мазь, мороз — другая. Намазал не той мазью, и лыжа не скользит, к ней прилипает снег, тормозит движение.

Для лыж справедлива пословица: «Не подмажешь, не поедешь». А на севере подошвы лыж обтягивают оленьей шкурой. Шкура и без мази хорошо скользит по любому снегу, только надо прибивать ее ворсом по ходу движения. На таких лыжах и в гору можно подниматься без палок. При обратном скольжении ворс топорщится, врезается в снег и тормозит лыжу.

Ученые провели много наблюдений за снегом и установили, что он не везде одинаков. Его свойства изменяются в очень больших пределах в зависимости от температуры воздуха, ветра и многих других причин.

Кроме того, было установлено, что в разных районах страны снег также различен. В Архангельске он более тяжелый, влажный и липкий, в Якутске рассыпчатый, мелкий, как мука, и сухой, а на севере есть такой снег, который пилят пилой и по нему, как по асфальту, могут двигаться не проваливаясь автомобили.

Изменяются свойства снега и с течением времени, причем он различен не только в начале и конце зимы, но иногда даже и в течение одного дня он несколько раз меняет свою структуру.
 

Лыжи аэросаней постоянно соприкасаются со снегом. Он-то и создает сопротивление, на преодоление которого затрачивается тяговое усилие, развиваемое установленным на аэросанях воздушным винтом. Это сопротивление в основном возникает от трения подошв лыж о снег и от уплотнения снега при прокладывании следа.

Величина сопротивления трения зависит от коэффициента трения, который изменяется в зависимости от состояния снега (дороги) и от материала, из которого сделана ходовая подошва. Величины коэффициента трения для подошвы лыжи, изготовленной из обычной, углеродистой стали, приведены в таблице 1.

Таблица I

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПОДОШВЫ ЛЫЖ о СНЕГ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ МИНУС 4°С

Изменение температуры воздуха оказывает значительное влияние на изменение величины коэффициента трения. С понижением температуры он увеличивается, В Якутии при температурах воздуха минус 55—60° снег по своей структуре похож на порошок, а коэффициент трения настолько велик, что не только лыжи по снегу, но даже и коньки по льду не скользят.

Изменение коэффициента трения при понижении температуры для целинного снега различной структуры приведено в таблице 2.
 

Таблица 2

ИЗМЕНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Из данных таблицы видно, что понижение температуры от нуля до минус 40° увеличивает коэффициент трения почти в три раза.

Приведенные в таблицах 1 и 2 величины необходимо знать, чтобы не удивляться, если вдруг, в каких-то особых условиях, лыжи аэросаней перестанут скользить.

На изменение величин, приведеных в таблицах 1 и 2, строители аэросаней повлиять не могут, но, подобрав на подошвы лыж материал с наименьшим коэффициентом трения, они могут значительно снизить общее сопротивление движению аэросаней.

Снег имеет и еще одну особенность, связанную с коэффициентом трения, которая доставляет много неприятностей и лыжникам и аэросанщикам. Это налипание и намерзание снега на подошвы лыж.

В теплую погоду (плюс 3 — минус 10°) обычно бывает так.

Бежит лыжник — лыжи скользят хорошо. Остановился. Постоял 2—3 минуты. Хочет стронуться — а лыжи прилипли.

Такое же явление наблюдается и на аэросанях. Различный снег по-разному налипает на лыжи. В одном случае достаточно резкого толчка или удара по лыже, и снег отваливается от подошвы, в другом — его и ножом не соскоблишь.

В журнале «Метеорология и гидрология» № 4 за 1940 год была опубликована интересная сравнительная таблица коэффициентов трения при страгивании с места и при движении (скольжении).

Из таблицы видно, что коэффициент трения при страгивании значительно больше, чем при скольжении. Установлено, что усилие, необходимое для страгивания, в четыре-пять раз превышает развиваемую двигателем аэросаней тягу.

С прилипанием лыж, как мы уже сказали, можно бороться. Кроме резкого удара, нарушающего сцепление лыжи со снегом, можно применять на подошвах лыж непримерзающие материалы — фторопласт-4, полиэтилен низкого давления и др.

Каждый из вас знает, конечно, что при ходьбе на лыжах глубина следа, оставляемая ими, бывает разная. Она зависит от состояния снега. На подмороженном после оттепели снегу лыжи совсем не проваливаются. А по пушистому снегу, несмотря на то что площадь лыж достаточно большая, приходится двигаться по колено в снегу.

Следовательно, различный снег имеет и различную несущую способность, называемую плотностью снега. Практика показала, что для аэросаней надо брать лыжи такой площади, чтобы удельное давление на 1 м2 было в пределах 500—600 кг. При этом лыжи будут проваливаться на 100—300 мм, что вполне приемлемо и даже необходимо для обеспечения устойчивости хода аэросаней.

При движении аэросаней по рыхлому, не уплотненному снегу на прокладывание следа и его уплотнение под подошвой лыж тратится часть тягового усилия. И, естественно, с увеличением плотности снега величина сопротивления движению лыж должна возрастать. Однако это не совсем так.

С увеличением плотности снега глубина следа будет уменьшаться и, следовательно, на прокладывание следа будет затрачиваться меньше мощности. На плотном же снегу, на укатанной дороге и на льду лыжи вообще не проваливаются, и на прокладывание следа мощность тратиться не будет.

При проведении многочисленных испытаний лыж и аэросаней было замечено, что чем быстрее движутся аэросани, тем меньше глубина следа и меньше общее сопротивление снега движению аэросаней. С увеличением скорости лыжи как бы всплывают и движутся по поверхности снега. Давление, которое действует на поверхность снега, не распространяется сразу на всю толщину его слоя. Уплотнение снега под нагрузкой происходит постепенно, требуя какого-то времени на его деформацию.

А. А. Крживицкий в своей книге «Автотранспорт снежного пути» приводит следующую таблицу результатов вдавливания в снег площадки, движущейся с различной скоростью.

Таблица 4

ЗАВИСИМОСТЬ ГЛУБИНЫ ВДАВЛИВАНИЯ СНЕГА ОТ СКОРОСТИ

Эта таблица имеет большое практическое значение для аэросаней, являющихся скоростным видом транспорта. Из нее видно, что, при большой скорости движения снег под лыжей за короткий промежуток времени не успевает деформироваться и становится как бы плотнее.

Это повышение плотности на скоростях 80—90 км/час действительно позволяет лыжам, даже на очень рыхлом снегу, иметь значительно меньшее погружение и, естественно, тратить меньшую мощность на прокладывание колеи и ее уплотнение.

Отсюда и вывод: при всех равных условиях, чем быстрее движутся аэросани по целинному снегу, тем сопротивление его движению будет относительно меньше. Следовательно, на аэросанях выгодно двигаться не на малых, а на больших скоростях.