Арктика представляет собой географическую область Земли, которая примыкает к Северному полюсу. Территориальные воды района включают в себя часть акватории всех океанов, кроме Индийского. Также к этой физико-географической зоне относятся окраины материков Северной Америки и Евразии. По площади Арктика занимает порядка 27 миллионов кв. км. Южную часть области покрывает непроходимая тундра.
Фауна и флора
Известен своей суровостью. Именно поэтому в этой области растительный мир представлен лишь мхами, травами, лишайниками и сорняковыми злаками. Здесь низкие температуры даже летом. Это обуславливает столь скудное разнообразие флоры. В арктической зоне нет деревьев или елей, только карликовые кустарники. Большую часть суши занимает безжизненная пустыня. Единственным цветущим растением является полярный мак.
Животный мир чуть более богат видами. Здесь обитают и зайцы-беляки, и дикие олени, и белые медведи. Самыми редкими представителями фауны являются снежный баран и овцебык, а также маленький пушистый хомяк-лемминг. Из плотоядных можно выделить волков и песцов. Белые медведи предпочитают мясу рыбу. Помимо этого, в заполярном крае обитают горностаи, росомахи и суслики длиннохвостые.
Большинство птиц гнездится в тундре. Чаще всего это перелетные виды. В водах Арктики обитают моржи и тюлени, а также нарвалы, белухи, касатки и
Температурные показатели
Одной из самых холодных и заснеженных частей света считается именно Арктика. Летом здесь температура редко поднимается выше нуля градусов. В этой области отмечается низкий баланс радиации. Преобладают ледники, снежные пустыни, тундровая растительность.
Зимой самым теплым месяцем является январь. в Арктике в это время колеблется от -2 до -5 градусов. Прилегающая акватория намного холоднее, чем воздух. В Баренцевом море температура составляет -25 градусов С, в Гренландском и Чукотском - до -36 градусов С, в Канадском и Сибирском бассейне - до -50 градусов С. Самые низкие показатели наблюдаются в северной зоне акватории. Там температура нередко доходит до -60 градусов.
Климат Арктики может в любую минуту измениться благодаря прорывам глубоких теплых циклонов. В этом случае температура повышается на 7-10 градусов С. Летом самыми высокими показателями являются +2...+3 градуса С.
Климатические аномалии
Метеорологические показатели ледниковой зоны за последние несколько сотен лет испытывали серьезные колебания. Можно сказать, что климат Арктики постепенно меняется. Это масштаба, которая не имеет решения.
За последние 600 лет наблюдалось полдесятка значительных потеплений, которые напрямую влияют на всю планету. За такими метеорологическими колебаниями могут последовать глобальные катаклизмы, способные навредить всему живому на Земле.
Стоит отметить, что климат Арктики влияет на скорость вращения планеты и общую атмосферную циркуляцию. По расчетам ученых, серьезный метеорологический скачок в ледниковой зоне должен произойти в 2030 году. Даже самые минимальные последствия окажутся значительными для планеты. Дело в том, что температурные показатели в Арктике неумолимо повышаются с каждым годом. Причем динамика изменений за последние столетия увеличилась в 2 раза. Резкое потепление приведет к вымиранию всех видов растительности и многих представителей фауны в регионе.
Природа Арктики
Рельеф акватории - неоднородный, искривленный. Самым значимым является шельф с материковыми островами, расположенный вдоль таких морей, как Баренцево, Чукотское, Лаптевых, Карское и Сибирское. Самая глубоководная впадина находится в центральной части Арктического бассейна - более 5,5 км. Что касается рельефа суши, то он преимущественно равнинный.
Природа Арктики богата природными ресурсами. В первую очередь, это газ и нефть. В Арктике этих неразработанных энергоресурсов несоизмеримое количество. По предварительным прогнозам экспертов, здесь находится более 90 млрд баррелей нефти.
Тем не менее добыча ресурсов в этом регион крайне сложна. Кроме того, данный процесс опасен с точки зрения глобальной экологии. В случае разлива нефти ликвидировать аварию будет практически невозможно из-за высоких волн, многочисленных айсбергов и густого тумана.
Арктические льды
Как известно, акватория региона буквально заполонена айсбергами различных размеров. Однако в водах Арктики есть и так называемая ледяная шапка, которая отражает большую часть солнечных лучей. Именно поэтому планета не прогревается до критических температур.
Можно с уверенностью констатировать, что льды Арктики играют важнейшую роль в существовании всего живого на Земле. Кроме того, они контролируют циркуляцию воды в Мировом океане.
Стоит отметить, что за последние 25 лет уровень арктического льда уменьшился на три четверти от общей массы. Сегодня шапка покрывает всего 5100 тысяч кв. км. Однако этого недостаточно для того, чтобы Земля не прогревалась с каждым годом все больше и быстрее.
Мертвая зона покорена
Многие века Арктика считалась безжизненной территорией, на которой люди не смогут просуществовать и нескольких дней. Тем не менее со временем этот миф был развеян. В 16 веке в результате длительной экспедиции, которую осуществили русские мореплаватели, была составлена первая карта акватории Ледовитого океана. В 1937 году над Арктикой были проведены перелеты экипажами Байдукова и Чкалова.
Сегодня в этом регионе действует сразу несколько дрейфующих станций, установленных на плавучих льдинах. Комплексы вмешают в себя небольшие домики для полярников и специальное исследовательское оборудование.
К.С. Бадигин – « Три зимовки во льдах Арктики »
К.С. Бадигин – « Три зимовки во льдах Арктики »
М.: «Молодая гвардия» 1950
От научного редактора
В плену у льдов
Корабли идут на восток
Итак, остаемся на зимовку
Школа труда и настойчивости
Самолеты находят караван
Лагерь тридцати трех
«Седов» остался один
Через белые пятна
Накануне второй полярной ночи
Единоборство со льдами
Месяц авралов
Наши будни
В неизведанных широтах
Новый год - новые тревоги
Мы остаемся на корабле до конца дрейфа
Мобилизация резервов
Как мы нащупали дно океана
Весна за 86-й параллелью
Оглядываясь на пройденный путь...
«Седов» готовится к навигации
Последняя зимовка
В 370 километрах от полюса
Третья зима во льдах
Льды снова приходят в движение
В Гренландском море
Последние мили
К родным берегам
Приложение
Словарь некоторых специальных слов и определений, встречающихся в книге
Астрономические определения за время дрейфа ледокольного парохода "Георгий Седов" (с сентября 1938 года по январь 1940 года)
Дрейф судов, плавания ледоколов и полеты в районе предполагаемой «Земли Санникова» (по Зубову).
Продольный разрез и план палуб парохода «Георгий Седов»
О работе и жизни советских моряков за время трех долгих полярных зимовок в дрейфующих льдах рассказывает книга К. С. Бадигина - капитана корабля.
К. С. Бадигин, известный исследователь Арктики, капитан дальнего плавания, родился в 1910 году в городе Пензе. Впервые в море пошел семнадцати лет и с тех пор, свыше двадцати лет, плавает на кораблях советского торгового флота - сначала матросом, затем помощником капитана и с 1938 года капитаном. Он совершил много далеких рейсов, побывал во всех крупных портах Советского Союза и Западной Европы, в Египте, Алжире, Аравии, Турции, на Филиппинских островах, в Китае, Японии, Канаде, США, Южной Америке. В годы Великой Отечественной войны водил торговые корабли с грузами для фронта.
В 1935 году К. С. Бадигин по комсомольскому набору был направлен помощником капитана ледокола «Красин» и совершил свое первое плавание по Северному морскому пути. Работа в Арктике увлекла его.
В 1937 году начался знаменитый дрейф ледокольного парохода «Георгий Седов» через Северный Ледовитый океан, продолжавшийся 812 дней.
Правительство высоко оценило работу седовцев. За геройский подвиг при проведении дрейфа, выполнение обширной программы научных исследований в труднейших условиях Арктики и проявленные при этом мужество и настойчивость весь экипаж корабля удостоен высшей награды родины - звания Героев Советского Союза, и корабль награжден орденом Ленина.
От научного редактора
Десять лет тому назад, 13 января 1940 года, закончился дрейф во льдах Северного Ледовитого океана ледокольного парохода «Георгий Седов». В том же 1940 году появился основательный труд - записки капитана парохода Константина Сергеевича Бадигина.
Дрейф «Седова»
В книге, издаваемой сейчас в новой редакции, последовательно и подробно излагаются все обстоятельства этого замечательного дрейфа, показывается, как благодаря самоотверженной работе простых советских моряков ледокольный пароход «Седов» был сохранен для нашего арктического флота и как в то же время были произведены научные наблюдения исключительной ценности. Результаты дрейфа «Седова» можно сравнить только с результатами дрейфов станции «Северный полюс» (1937-1938 гг.) и «Фрама» (1893-1896 гг.) Фритьофа Нансена.
История экспедиции на «Фраме» проста.
Давно было подмечено, что к берегам Гренландии, Исландии и Норвегии выносятся деревянные предметы, выделываемые на побережье Аляски. Единственно возможным путём для этого являлся Северный Ледовитый океан.
В 1881 году у Ново-Сибирских островов было раздавлено льдами судно американской экспедиции к Северному полюсу «Жаннета», а через три года у юго-западных берегов Гренландии были найдены вещи, бесспорно принадлежавшие участникам этой экспедиции. Понятно, что эти вещи, прежде чем попасть к берегам Гренландии, должны были продрейфовать со льдами через весь Северный Ледовитый океан.
Нансен решил, что если льды смогли пронести через Северный Ледовитый океан обломки и предметы, то они смогут пронести и научную экспедицию на специально приспособленном судне.
Летом 1893 года экспедиция Нансена вышла из Норвегии на судне «Фрам».
Тем же летом экспедиция благополучно прошла Карское море, обогнула мыс Челюскин и затем вошла в полярные льды к северо-западу от Ново-Сибирских островов, на 78°50" северной широты и 133°30" восточной долготы. Отсюда и начался дрейф «Фрама» с полярными льдами.
Предположения Нансена, что «Фрам» окажется близ полюса, не оправдались, и 14 марта 1895 года, в то время, когда «Фрам» находился на 84°04" северной широты и 102° восточной долготы, Нансен оставил корабль и вместе со своим спутником Иогансеном на санях, с двадцатью восемью собаками направился к полюсу по льду.
Вскоре, однако, Нансен убедился в безрезультатности своей попытки: дрейф льдов относил путешественников на юго-запад, и они проходили большие расстояния по льдам, мало изменяя свои географические координаты.
8 апреля Нансен повернул на юг, в августе достиг северо-восточных островов Земли Франца-Иосифа, прозимовал на одном из них и 7 августа 1896 года отправился на пароходе в Норвегию.
Оставленный Нансеном «Фрам» продолжал дрейфовать на запад и, в конце концов, достиг 85°55",5 северной широты, то есть оказался всего на 20 километров южнее той широты, до которой Нансен добрался на санях. В дальнейшем «Фрам» обогнул Шпицберген и вернулся в Норвегию через шесть дней после возвращения Нансена. Так закончился дрейф «Фрама» во льдах, продолжавшийся 1055 дней.
Материалы этой экспедиции позволили сделать Нансен ряд важных научных выводов. Он выяснил, что Северный Ледовитый океан - это бассейн с глубинами в своей центральной части около 4 километров, что, между прочим, для самого Нансена явилось неожиданностью. Далее Нансен установил, что в Ледовитый океан глубинным течением из Гренландского моря проникают сравнительно теплые и соленые атлантические воды. Нансен открыл также, что арктические льды в своем движении отклоняются приблизительно на 30° вправо от направления ветра, и правильно объяснил этот факт вращением Земли. Кроме того, Нансен определил, что в среднем арктические льды под влиянием ветра дрейфуют со скоростью, приблизительно в 50 раз меньшей скорости ветра.
На «Фраме» регулярно производились метеорологические наблюдения, но в те времена радио еще не было изобретено, и метеорологи узнали о них только спустя несколько лет, когда наблюдения в значительной мере потеряли свою ценность. Мало того, когда впоследствии пробовали сопоставить наблюдения «Фрама» с наблюдениями существовавших тогда метеорологических станций, то оказалось, что это почти невозможно. Полярных и приполярных станций было слишком мало, и наблюдения Нансена оказались изолированными. По наблюдениям же в одной точке нельзя судить о процессах, развивающихся над большими пространствами земной поверхности.
Новую эпоху в изучении и освоении Арктики открыла Великая Октябрьская социалистическая революция. Впервые полярные исследования стали рассматриваться как государственное дело; они стали вестись настойчиво, планомерно, всесторонне и с использованием самой современной техники.
Антарктические льды являются преимущественно однолетними. Суммарная площадь многолетних льдов едва составляет здесь 0,02 млн. км2, а двухлетних - 2,4 млн. км2.
Располагаются они вблизи Антарктического континента. Севернее их сменяют однолетние.
Можно сказать, что главной особенностью распределения морских льдов по возрасту является их постепенное омоложение от центра массива к его краям в северном полушарии и от берегов к внешней границе морских льдов в южном полушарии.
Различия между арктическими и антарктическими льдами распространяются и на их сплоченность. Ледяной покров северного полушария представляет собой область сплоченных льдов, окруженную разрежённой периферией. В течение года эта перефирия изменяется, увеличиваясь летом и сокращаясь зимой.
Однако общая картина распределения льда по сплоченности от этого изменяется мало: на небольшом расстоянии от кромки сплоченность увеличивается от 1-2 до 9-10 баллов и в дальнейшем остается практически неизменной. Средняя же сплоченность льдов, окружающих Антарктиду, составляет 7,2 балла. Следствием этого являются более высокая теплоотдача из океана в атмосферу в холодную часть года и более высокие темпы очищения в теплое время в Южном океане по сравнению с Северным Ледовитым.
Очень важная характеристика морских льдов - также их толщина. Среднее годовое значение ее для северного полушария - около 2,3 м, для южного примерно в 2,5 раза меньше - 0,9 м. В сущности, морские льды - это тонкие пленки на поверхности океана. Отсюда их высокая чувствительность к изменениям других физических элементов климатической системы.
Климатические тренды ледовитости. Морские льды испытывают значительные временное изменения. Наиболее важными из них являются изменения площади их распространения, так как именно они в основном определяют колебания глобального альбедо, влияют на энергетический баланс атмосферы и ее тепловое состояние.
Поэтому крайне важно знать, какие изменения с течением времени происходят в распространении морских льдов и какое воздействие оказывают эти изменения на климат нашей планеты. По общему признанию, это воздействие весьма ощутимо. Не случайно, что ряд проектов коренного изменения климата северного полушария основан на уничтожении морских арктических льдов.
Наблюдения за морскими льдами в глобальном масштабе стали проводиться со второй половины 1960-х годов, когда на полярную орбиту были выведены метеорологические искусственные спутники Земли. Однако регулярный характер они приобрели с 1973 г., когда на этих спутниках была установлена аппаратура, позволяющая вести наблюдения за льдами независимо от облачности и условий освещенности. Эти наблюдения составили наиболее ценную часть архива ледовых данных и позволили получить первое ясное представление о поведении морских ледяных покровов в обоих полушариях одновременно.
Данные о льдах за период, предшествовавший спутниковым наблюдениям, получены в результате наблюдений с самолетов, судов и береговых станций. Они носят региональный характер и практически целиком относятся к нынешнему столетию; качество этих данных неравноценно.
Широкое использование авиации для наблюдений за льдами к северу от побережья Сибири началось в самом конце 30-х годов, а в североамериканских арктических водах - с середины 50-х годов. До этого времени источником сведений о льдах в Арктике служили наблюдения не многочисленных станций, а главным образом промысловых, транспортных и экспедиционных судов. Данные, собранные ими и в основном относящиеся к апрелю-августу, были систематизированы и обобщены в виде месячных карт ледовой обстановки Датским метеорологическим институтом и послужили фактической основой наших представлений о ледовой обстановке в и в первые десятилетия XX в.
.jpg)
За пределами текущего века наблюдения за льдами с судов были более редкими, составить на их основе более или менее полную картину о распределении льдов даже в североевропейском регионе не представляется возможным. При этом чем дальше удаляемся мы от нашего времени, тем все более отрывочными становятся судовые наблюдения и менее ясными знания о льдах в Арктике. Естественно, что большой интерес приобретают любые данные, которые могут пролить свет на условия в прошлом.
Видео: Антарктические и...
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
/ Мифы об Арктике /
Мифы об Арктике
Кажется, что XXI век не оставил шанса непросвещенным людям, однако удивительно, но даже те, кто имеет высшее образование, очень мало знают о Северной Стране России или плохо себе представляют, что такое Арктика.
Арктика – страна поэтов, историческая Новая Земля, священная Вайгаче, недостижимый Северный полюс, Земля Франца-Иосифа, воспетая Визбором. Мы вроде бы и слушаем краем уха новости с дальних регионов – арктические научные станции, таяние льдов, глобальное потепление, полярный год, Чилингаров, – но почему- то не можем ответить с полной уверенностью, почему медведи не едят пингвинов, почему айсберг не тоне или что такое восемьдесят четвертая параллель. Итак, постараемся же развеять некоторые мифы об Арктике.
Миф №1
Медведи едят пингвинов.
Это самое смешное и нелепое заблуждение, которое нередко можно услышать из детских уст. Да что говорить, некоторые взрослые убеждены, что медведи нет-нет, да и закусят парочкой нелетающих птиц.
Развенчать этот миф можно только одним утверждением: пингвины находятся внизу, а медведи – наверху. И речь идет не о море-земле, а о том, что пингвины обитают только в Антарктике, то есть на юге, а полярные белые медведи – в Арктике, то есть на севере. Поэтому-то им и не суждено встретиться и вступить в бой за жизнь.
Самый популярный ответ на загадку, почему медведь не ест пингвина, гласит, что пингвины плохо пахнут. Члены Ассоциации полярников России решили раз и навсегда развеять сомнения людей и продемонстрировали принцип несосуществования этих животных на своем символе.
Миф №2
В Арктике пятнадцатиметровые толщи льда и ужасные морозы, от которых человек может умереть.
Порой люди в своем скептицизме и невежестве не могут изменить свое мнение о дальних регионах и поверить кому-то знающему. Некоторые даже думают, что экспедиционные круизы на Северный полюс и поездки туда на ледоколах – нечто за грань фантастики.
На самом деле в летние месяцы (июль, август), когда выполняются круизные рейсы на Северный полюс и в Арктику, толщина льда составляет всего 2–3 метров, а температура воздуха колеблется в районе 0 °, иногда достигая +1–3 °С. Средняя зимняя температура воздуха –40 °С.
Миф №3
Арктика – царство льда и пустынные равнины снега.
Впервые вступающему на эту землю может показаться, что здесь вообще нет жизни, один только снег. Но Арктика предстает вымершей только перед непосвященными. На самом деле она разнообразна, богата животными и растениями, цветами и красками.
Чего стоит остров Врангеля: благодаря разнообразию флоры и фауны он был занесен в Список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Заповедник, организованный на острове, защищает моржей, овцебыков, белых медведей и множество арктических видов птиц от посягательств человека.
Медведи настолько полюбили этот несомненный символ Арктики, что сделали его «родильным домом». Регулярно к острову Врангеля и расположенному по соседству острову Геральда сходятся медведицы со всей восточной Арктики. В снегу они обустраивают себе берлоги и залегают в них.
Страной белых медведей можно считать и архипелаг Земля Франца-Иосифа, в районе которого пассажирам экспедиционных круизов на Северный полюс и Арктику чаще всего удается посмотреть на мишек в естественных условиях обитания. И не надо думать, что они разбегаются кто куда, как только завидят громады ледокола. Они ведут себя подобающе хозяевам Арктики: подходят к борту атомохода и с интересом разглядывают дорогих гостей. Встречаются и одинокие медведи, и целые семьи: например, мамашка с детишками.
Не столь коммуникабельными оказываются птицы, коих здесь великое множество. Если визит на остров, где они гнездятся, выпадает на период высиживания птенцов и заботы о вновь родившихся, придется соблюдать максимальную осторожность. При любом необдуманном движении со стороны человека беспокойные родители могут атаковать непрошеных визитеров.
Весьма вальяжны и необычны величественные моржи. Нередко во время прогулки на специальных надувных лодках они могут плавать рядом на радость фотографов и даже сопровождать «арктических» туристов до окончания поездки.
Некоторые путешественники приходят в восторг от местной флоры: она здесь удивительная. Природа может очаровать даже самых «городских» людей. Яркие, плотные красные, зеленые, желтые ковры лишайников и мхов, полярные маки, цветущие на границе оттаявшей почвы и льда – какая уж тут пустыня?..
Миф №4
Добраться до Северного полюса нереально, это доступно только избранным.
Многие люди, начитавшись героических историй и насмотревшись трагических драм о покорении Арктики все еще помнят о сомнениях и спорах по поводу судьбы первопроходцев Северного полюса и отказываются верить, что покорить ледяной мир может каждый.
Сегодня любой желающий может стать пассажиром экспедиционного круиза в Арктику и на борту мощного атомного ледокола совершить удивительное двухнедельное путешествие.
Нельзя назвать точно, что именно оставляет наибольшее впечатление: покорение «края мира» или наслаждение процессом упорного достижения цели. 75 тысяч лошадиных сил ледокола уверенно прокладывают путь через толщи паковых льдов – это, пожалуй, самое запоминающееся зрелище.
Самые отчаянные путешественники, которым не важен комфорт и безразличен покой, могут отпариться покорять снега на лыжах. И во время этой поездки будет все: высокие (5–10 метров) гряды торосов, низкие (30°С) температуры, разводья с ледяной водой, восхитительные арктические пейзажи, яркое полярное солнце, преодоление препятствий и познавание собственного предела сил.
Это все делает путешествие нетипичным, небанальным, ведь в океане все движется, ничто не постоянно, даже полюс. И самое главное – он только ваш. Вы будете первым из всех людей на планете, кто ступит на лед ногой, ведь он постоянно дрейфует и задерживается на одном месте на несколько минут. Словом, для каждого полюс – неповторимый, уникальный, свой.
Миф №5
Точку Северного полюса обозначает памятник типа таблички «Вершина мира», пограничный столб, стела с надписью «90 ° СШ».
Многим первое достижение мировой вершины представляется как покорение Эвереста: герои-первопроходцы из последних сил буквально ползком добираются 90 ° северной широты – своей заветной цели.
И покорение неизменно должно завершиться установкой чего-то материального или хотя бы ознаменованием того, что здесь был человек. То есть чем-то важным и вечным. Это совершенно не так.
На самом деле Северный полюс – самая неуловимая точка планеты. На 90 ° северной широты нет ничего: ни столбика с надписью, ни памятного флага, ни горы, ничего, даже суши нет. Только замерзший океан.
Но не надо расстраиваться. Достигнув географической точки полюса и поймав на экране GPS-навигатора долгожданное 90 ° N, вы сможете спуститься на льдину, и именно она станет символом вашего Северного полюса. Лед находится в постоянном движении, и через несколько минут ваш символ покинет «вершину планеты».
А вам остается только отколоть кусочек Северного полюса, вырезать на нем памятную надпись и хранить морозильной камере, чтобы этот ледяной сувенир согревал сердце, напоминая о том, что и вы стали избранным – одним из покоривших Северный полюс.
