Физика вод суши by Винников С.Д., Викторова Н.В. (z-lib.org)

В р е зу л ь та те п р о н и к н о в е н и я со л н е ч н о й р ад и ац и и в то л щ у

л ь д а н ал ед и п р о и сх о д и т е го та я н и е н а гр а н я х к р и ста л л о в , ч т о о с ­

л а б л я е т св я зь м е ж д у н и м и . Э т о п р и в о д и т к р а зр ы х л е н и ю н ал ед и и в с п л ы в а н и ю к р и ста л л о в л ьд а и д аж е о т д е л ь н ы х ее б л о ко в . З а те м э т и ф р а гм е н ты н ал ед и у н о с я т с я п о то к о м .

ра зр у ш а е тся .

8.10.3.Наледи - опасное явление природы. Методы борьбы с ними

Н ал е д и - с т и х и й н о е и о п а сн о е я в л е н и е п р и р о д ы д ля ж и зн е ­

н и е н а р а зл и ч н ы е со о р у ж е н и я (д а м б ы , а в то м о б и л ь н ы е и ж е л е зн ы е д о р о ги , га зо - и н е ф те п р о в о д ы , о п о р ы ), п о в ы ш а е тся ск о л ь зк о сть

и в о д ы , о б л е д е н е в аю т и з а к у п о р и в а ю т ся ш а х т ы , ск в а ж и н ы , ко л о д ­

те л ь н ы е а п п а р а ты , ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я , эл е к тр о п р о в о д а

н ы е и а к ти в н ы е . П е р в ы е н а п р а в л е н ы н а л и кв и д а ц и ю вр е д н о го в о з­

311

в а н и е гр у н т а , в о д о то ка л и б о , н а о б о р о т , те п л о и зо л я ц и я и х , со зд а ­ н и е д р е н аж а , в о д о н е п р о н и ц а е м ы х ст е н о к , э к р а н о в , м е х а н и ч е ск а я

б ы ч и со л и , у к р е п л е н и я р а з л и ч н ы х со о р у ж е н и й , со зд а н и я п л а в а ю ­ щ и х п л а тф о р м , за п а со в в о д ы н а л е тн и й п е р и о д и д р ., н а о б о р о т ,

о су щ е ств л я ю т сп е ц и а л ь н о е н а м о р а ж и в а н и е л ь д а н а п о в е р х н о сти .

8.11. Определение временного сопротивления льда на сжатие, изгиб и растяжение

п о л о ж и те л ь н о го э ф ф е к та о т и х п р и м е н е н и я .

Рис. 8.17. Использование льда и снега в хозяйственной деятельности человека

312

М е х а н и ч е с к и е св о й с т в а л е д я н о го п о к р о в а - е го п р о ч н о стн ы е

х а р а к т е р и сти к и о ц е н и в а ю тся в л а б о р а то р н ы х и л и п о л е в ы х у с л о ­

1 к г /(с м 2 • с ). П о д о с ти ж е н и и н е к о т о р о го к р и ти ч е ск о го ее зн а ч е н и я

п р о и сх о д и т р а зр у ш е н и е о б р азц а.

С т р о го й те о р и и о п и с а н и я р а зр у ш е н и я л ьд а в н а сто я щ е е в р е ­

м я ещ е н е и м е е тся . С ч и т а ю т , ч т о р а зр у ш е н и е л ьд а п р о и сх о д и т д в о я ко : п р и е го сж а ти и и п р и сд в и ге (с р е зе ) п о о п р е д е л е н н ы м

п л о с к о с т я м м о н о к р и ста л л о в , и з к о т о р ы х о н со с то и т .

З а п а с п р о ч н о с т и со о р у ж е н и й , п о д в е р га ю щ и х с я в о зд е й ств и ю

П о э то й п р и ч и н е ха р а к т е р св я зи м е ж д у н а п р я ж е н и е м и д е ф о р м а ­

ц и е й с у щ е с т в е н н о з а в и с и т о т в р е м е н н о го р е ж и м а н а гр у зо к .

В за д а ч у и с п ы т а н и й о б р а зц о в л ьд а н а сж а ти е в хо д и т:

1 ) о п р ед е л е н и е м о д у л я д е ф о р м а ц и и п р и кр а тк о в р е м е н н о м

п р и л о ж е н и и н а гр у з к и ;

2 ) о п р ед е л е н и е х а р а к т е р а св я зи д е ф о р м а ц и й с н а п р я ж е н и я м и

п л о щ ад ь п о п е р е ч н о го се ч е н и я о б р а зц а ; Р - д ав л е н и е п о м а н о м е тр у

с у ч е т о м п о п р а в о к п о п а с п о р т у и л и та р и р о в к е .

313

О тн о си т е л ь н ы е д е ф о р м а ц и и л е д я н о го о б р а зц а в ы ч и сл я ю тс я

гд е е сж - о тн о си те л ь н а я д е ф о р м а ц и я ; /0 - н а ч а л ь н а я д л и н а о б р а з­ ц а; Д /сж - и зм е н е н и е д л и н ы о б р а зц а п р и н а гр у зк е .

М о д у л ь д е ф о р м а ц и и л е д я н о го о б р а зц а п р и сж а ти и о п р ед е ­

л я е тся п о д а н н ы м о п ы то в п о за в и си м о сти

П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь д е й с т в и й п е р е д и с п ы т а н и ­ е м о б р а з ц а н а с ж а т и е . Д л я и сп ы т а н и я о б р а зц о в л ь д а н а сж а ­ ти е п р и м е н я е тся ги д р а в л и ч е ск и й п р е с с с п р и ст а в к о й д ля и зм е р е ­ н и я д е ф о р м а ц и й . Н а р и с . 8 .1 8 п р е д ста в л е н о б щ и й в и д та к о го п р е с ­ са с п р и ст а в к о й .

.5

в

Рис. 8.18. Схема гидравлического пресса, предназначенного для испытания образца льда на сжатие.

О б р азец л ьд а к у б и ч е с к о й ф о р м ы с р азм е р ам и б х б х б см у с ­ та н а в л и в а е тся н а н и ж н е й п л о щ а д ке п р е сса 2. П о ср е д ств о м р у к о я т ­

314

н е о б хо д и м о п р и о ст а н о в и ть р а н ь ш е , ч е м ст р е л к а м а н о м е тр а 9 сд в и ­ н е тся с н у л е в о го п о л о ж е н и я .

О сн о в н ы м у зл о м п р и с т а в к и я в л я е тся и н д у к ц и о н н ы й п р е о б ­

р а зо в а те л ь 5.

В и сх о д н о м п о л о ж е н и и к о р п у с и н д у к ц и о н н о го п р е о б р а зо в а ­ те л я 5 и е го се р д е ч н и к 6 д о л ж н ы б ы ть р а сп о л о ж е н ы ст р о го о д и н о т н о си те л ь н о д р у го го . К р и т е р и е м э то го п о л о ж е н и я я в л я е тся н у л е ­

во е п о к а за н и е ст р е л к и м и к р о а м п е р м е тр а (п е р е д и сп ы т а н и е м

стр е л к и м а н о м е т р а и м и к р о а м п е р м е тр а д о л ж н ы п о к а зы в а ть н у л е ­

в ы е о т с ч е т ы ). П р и н е о б х о д и м о ст и п о к а за н и е ст р е л к и м и к р о а м ­ п е р м е тр а м о ж е т б ы ть о т к о р р е к ти р о в а н о с п о м о щ ь ю т я ги 7 и га й к и

5 . В х о д я щ и е в э то у с т р о й с т в о м и к р о а м п е р м е тр (р е ги ст р а то р ) и

ч и в а н и е м а сл а н а с о со м в к а м е р у б о л ь ш о го п о р ш н я сл е д у е т п р о и з ­

в о д и ть с р а в н о м е р н о й с к о р о сть ю (п л а в н о ), п о сто я н н о н аб л ю д ая

п р и э то м за п о л о ж е н и е м ст р е л о к м а н о м е тр а и м и кр о а м п е р м е тр а .

В п р о ти в н о м с л у ч а е сж а ти е о б р а зц а и его р а зр у ш е н и е п р о и зо й д у т

н и й и и х п о л о в и н ы п е р в ы й н а б л ю д а ю щ и й д е л ае т о т с ч е т п о м и к р о ­ а м п е р м е тр у и го в о р и т : « О т с ч е т » , а в то р о й н а б л ю д а ю щ и й в э т о т ж е м о м е н т п р о и зв о д и т о т с ч е т п о ш к а л е м а н о м е тр а . Н а ч а л о и ко н е ц и с п ы т а н и й д о л ж н ы б ы ть з а ф и к си р о в а н ы п о се к у н д о м е р у . К о н е ц и с п ы т а н и я н а с т у п а е т то гд а , к о гд а о б р а зе ц р а зр у ш и тся .

р у ш е н и я о б р а зц а (е е сл е д у е т за р и со в а ть ) и те м п е р а ту р а в о зд ух а ,

п р и к о т о р о й в ы п о л н я л о сь и сп ы т а н и е о б р азц а.

И с п ы т а н и е п р и м е д л е н н о м и з м е н е н и и н а г р у з к и .

В п р о ц е ссе и с п ы т а н и й п р и м е д л е н н о м и зм е н е н и и н а гр у зк и за к а ­ ч и в а н и е м а сл а сл е д у е т п р о и зв о д и ть т а к и м о б р а зо м , ч т о б ы ст р е л к а

315

ск и е за в и си м о сти о тд ел ьн о д ля к р а тк о в р е м е н н о го и зам ед л е н н о го д е й ств и я н а гр у зо к . П о го р и зо н та л ь н о й о си о тк л а д ы в а ю тся зн а ч е ­ н и я о тн о си те л ь н о й д е ф о р м а ц и и , в ы ч и сл е н н ы е со гл а сн о в ы р а ж е ­

н и ю (8 .1 2 9 ), а п о в е р ти к а л ь н о й о си - н а п р я ж е н и я , в ы ч и сл е н н ы е п о со о тн о ш е н и ю (8 .1 2 8 ). В сл у ч а е и с п ы т а н и й п р и к р а тк о в р е м е н н о й н а гр у зк е т о ч к и л о ж а тс я , к а к п р а в и л о , в б л и зи н а к л о н н о й п р я м о й .

У г о л н а к л о н а э то й п р я м о й п о зв о л я е т о п р ед е л и ть м о д у л ь д е ф о р м а ­

ц и и (т а н ге н с у гл а н а к л о н а п р я м о й ).

В п о я сн и те л ь н о й за п и ск е к р е зу л ь та та м и с п ы т а н и й о б р азц о в

л ьд а д о л ж н ы б ы ть п р и в е д е н ы зн а ч е н и я в р е м е н н о го со п р о ти в л е н и я п р и ка ж д о м ви д е и с п ы т а н и й (п р е д е л ь н а я н а гр у з к а , п р и к о то р о й п р о и зо ш л о р а зр у ш е н и е о б р а зц а л ь д а ), н а п р я ж е н и е , п р и к о то р о м в образц е п о яви л и сь тр е щ и н ы и п р о и зо ш л о его р азр уш е н и е , а та кж е о р и ен ти р о вка п ри л агаем о й н а гр у зки п о о тн о ш е н и ю к о си кр и сталло в .

2 . И з г и б . И с п ы т а н и е о б р а зц о в л ьд а н а и зги б о су щ е ств л я е тся

н а то й ж е у с т а н о в к е (см . р и с . 8 .1 8 ). П р и э то м н е о б хо д и м о п о л ь зо ­ в а ть ся д о п о л н и те л ь н ы м п р и сп о со б л е н и е м , сх е м а к о то р о го п о к а за ­ н а н а р и с . 8 .1 9 . П р и с п о с о б л е н и е с о с т о и т и з п о д ста в к и 1 с д в ум я о п о р н ы м и в ы с т у п а м и тр а п е ц е и д а л ь н о й ф о р м ы 2 и ш т а м п а с в ы ­

Рис. 8.19. Схема приспособления к гидравлическому прессу, предназначенному для испытания образца льда на изгиб.

316

П р и и с п ы т а н и и о б р а зц а л ь д а н а и зги б н а п р я ж е н и е в н е м о п ­

/ -р а с с т о я н и е о т о п о р ы д о т о ч к и п р и л о ж е н и я с и л ы ; b и И- ш и р и н а

л и ва е тся н а о п о р а х 2 та к , ч то со б л ю д ае тся со о тн о ш е н и е h/b> 1.

П о сл е д о в а те л ь н о сть о п ер а ц и й п р и и зм е р е н и и н а п р е ссе н е о б ­

х о д и м ы х п ар ам етр о в та к а я ж е , к а к и п р и и сп ы т а н и и о б р азц а льд а н а сж а ти е .

3 . Р а с т я ж е н и е . К а к и п р е д ы д у щ и е д ва в и д а и с п ы т а н и й , и с ­

в сп е ц и а л ь н о со ч л е н е н н о е п р и сп о со б л е н и е , ко то р о е п р и сж а ти и п л о щ а д к а м и п р е с с а 1 и 3 п р и в о д и т к р а ст я ж е н и ю за л о ж е н н о го в н е го о б р азц а.

п л о щ ад ь н а ч а л ь н о го п о п е р е ч н о го се ч е н и я о б р а зц а , е р = Д /р/ / 0 —

о тн о си те л ь н а я д е ф о р м а ц и я (у д л и н е н и е ) о б р азц а.

П о сл е д о в а те л ь н о сть о п е р а ц и й п р и и зм е р е н и и н а п р е ссе н е ­ о б х о д и м ы х п а р а м е тр о в и о б р а б о тк а и х р е зу л ь та то в та к и е ж е , к а к и п р и и с п ы т а н и и о б р а зц а л ьд а н а сж а ти е .

317

И С П А Р Е Н И Е С П О В Е Р Х Н О С Т И В О Д Ы , С Н Е Г А ,

Л Ь Д А И П О Ч В Ы

318

те л ь н о го и сп а р е н и я в и н те р е су ю щ е м н а с р а й о н е , т а к к а к п р и и х со с та в л е н и и н е у ч т е н о в се м н о го о б р а зи е к л и м а т и ч е с к и х и ф и зи к о -

ге о гр а ф и ч е с к и х ф а к то р о в , а та к ж е м е с т н ы х у с л о в и й , в л и я ю щ и х н а и сп а р е н и е . Н а п р и м е р , м е те о р о л о ги ч е ск и е у сл о в и я н ад н е б о л ь ш и м

В Р о с с и и п е р в ы е э к с п е р и м е н т ы п о и зу ч е н и ю и сп а р е н и я и к о н д е н ­ са ц и и б ы л и п р о в е д е н ы сп о д в и ж н и к о м М .В . Л о м о н о со в а ф и зи к о м

в 18 8 2 г г . Д а л ь то н в п е р в ы е у с т а н о в и л к о л и ч е с тв е н н ы й за к о н , в ы ­

р а ж а ю щ и й за в и си м о сть с к о р о с т и и сп а р е н и я о т д ав л е н и я н а с ы ­

щ е н н о го п а р а и п а р ц и а л ь н о го д ав л е н и я п а р а в в о зд у х е , о к р у ж а ю ­

щ е м и сп а р я ю щ у ю ж и д к о сть . С т р у к т у р а ф о р м у л ы д л я р а сч е та и с ­

п а р е н и я , п р е д л о ж е н н а я Д а л ь то н о м и у со в е р ш е н с тв о в а н н а я Ш т е л -

В э т о т п е р и о д б ы л и сф о р м у л и р о в а н ы о сн о в н ы е те о р е ти ч е ск и е к о н ц е п ц и и и р а зр а б о та н ы м е то д ы о ц е н к и и сп а р е н и я п р и м е н и те л ь ­

319

г ., а б и б л и о гр а ф и я за п е р и о д с а н т и ч н ы х в р е м е н и д о н а ш и х д н е й -

М .И . Б у д ы к о , А .Р . К о н с т а н т и н о в а , М .П . Т и м о ф е е в а и в д р у ги х и с ­ т о ч н и к а х , а о б зо р н а я и н ф о р м а ц и я о м е то д а х о п р ед е л е н и я и сп а р е ­ н и я с в о д н о й п о в е р х н о сти и с у ш и в р а б о та х [1 1 ,3 8 ] .

9.1.Физика процесса испарения с поверхности воды

ифакторы, его определяющие

Р а ссм о тр и м п р о ц е сс и сп а р е н и я в з а м к н у т о м о б ъ ем е . И з в е с т ­

н о , ч т о м о л е к у л ы ж и д к о с ти , о б л ад ая к и н е т и ч е с к о й э н е р ги е й , п о ­

к о л е б а те л ь н о м д в и ж е н и и в п ар п е р е хо д я т м о л е к у л ы в о д ы , о б л а ­

д аю щ и е н а и б о л ь ш е й ск о р о сть ю к о л е б а н и я п о ср а в н е н и ю с д р у ги ­

м и м о л е к у л а м и . Ч т о б ы о то р в а ть ся о т п о в е р х н о сти в о д ы , и с п а ­

р я ю щ а я ся м о л е к у л а д о л ж н а п р е о д о л е ть си л ы п р и тя ж е н и я со с т о ­ р о н ы о с т а в ш и х с я м о л е к у л , а та к ж е в н е ш н е е д ав л е н и е у ж е о б р а зо ­

гд е Р - д ав л е н и е в о д я н о го п а р а в в о зд у х е , п р и ко то р о м п р о и сх о д и т

с о о р у ж е н и я х , п р е д н а зн а ч е н н ы х д ля о х л а ж д е н и я в н и х в о д ы а тм о ­ сф е р н ы м в о зд у х о м .

320