9.“切留斯金”号失事的物理学原因

读者不要因为看过上一章就认为：在任何的情况下，物体与冰之间的摩擦力都是微乎其微的。如果温度接近零度，物体与冰之间的摩擦力就会增强。在破冰船上工作的人曾经深入地研究过北极的浮冰与船钢壳之间产生的摩擦力，他们得出了这样的结论：它们之间产生的摩擦力超乎我们的想象，它的强度完全不亚于铁与铁之间的摩擦力。我们知道船钢壳和冰之间的摩擦系数是0.2。

图22　在浮冰中失事的“切留斯金”号，下方是浮冰作用于船舷MN的几个力的示意图

研究这些数值，能对在浮冰间行驶的船产生什么影响呢？下面我们再来观察下图22。图中的MN代表船舷，P代表浮冰的压力，压力P将力施加在船舷MN上，我们可以把这种压力分解为两种力——垂直于船舷的力R和相切于船舷的力F。P与R之间的角等同于船舷对垂直线的倾斜角α。用摩擦系数0.2乘以力R与浮冰和船舷之间的摩擦力Q相等，换句话说就是，Q=0.2R。倘若力F比摩擦力Q大，那么在船身上进行挤压的冰块就会被力F推到海里去，此时，船体经过浮冰，并不会遭到破坏。如果力F小于摩擦力Q，那么冰块的移动就会受到摩擦力的阻碍，此时的冰块会一直挤压在船舷上，久久不会退去，从而导致破裂。

那么，在什么情况下Q＜F呢？显而易见：

F=R·tanα

而Q=0.2R，所以，我们可以将Q＜F的不等式改成：

0.2R＜R·tanα或者tanα＞0.2

通过观察三角函数表我们得知，11°是正切函数为0.2°的角，当α＞11°时，Q＜F。通过这些数值我们可以计算出，我们必须将船舷的倾斜度保持在11°以上，才能让轮船安全地在浮冰里行驶。

我们现在来研究一下“切留斯金”号失事的原因。“切留斯金”号不是一艘破冰船，而是一艘轮船。它在发生意外前，已经从北部海洋的航线上毫发无损地通过了，不过当它碰到白令海的浮冰时，却发生了意外。“切留斯金”号受到浮冰的推动，漂到了北部的海面上，在压力的作用下，它被撞得粉碎（1934年2月）。悲惨的船员们被困在了一座冰山上，足足经受了两个月的折磨，才被冒死赶来的飞行员救了起来。那些亲身经历这场海上事故的人们是不会忘记此情此景的，下面就是有关被困人员的一段表述：

“用金属制成的船体异常牢固，这艘船的损坏并不是发生在一瞬间，”考察队队长施米特通过无线电汇报了当时的情况，“我注意到，船舷受到了冰块的挤压，浮冰上方的铁舷板在压力的作用下，由内向外肿胀了起来，变得凹凸不平。船边不断有冰块涌现出来，虽然它们的速度很缓慢，但是来势却很凶猛。肿胀的铁板出现了裂缝，上面的铆钉在压力的作用下，全被崩了出来，发出了噼噼啪啪的声音。顷刻之间，船的左舷处，从前舵到船尾的一整块甲板都掉到海里去了……”

读者们看完这些表述以后，应该能够明白造成这次灾难的原因了。

我们还可以通过这个原理得出一个有用的结论：当我们设计专门在冰面上行驶的船时，船舷的倾斜度不能比11°小。