Для спасения человека, провалившегося под лёд, ему бросают широкую доску, не приближаясь к краю полыньи (рис. 93). Зачем?

рис. 93

В данной ситуации необходимо учитывать основные законы физики, связанные с распределением массы, давлением на поверхность и устойчивостью льда.

Устойчивость льда и распределение давления

Лёд имеет ограниченную прочность. Если человек или другой объект оказывает давление на его поверхность, лёд может треснуть или проломиться. Давление на лёд определяется по формуле:
$$ P = \frac{F}{S} $$
где:
− $ P $ — давление,
− $ F $ — сила, оказываемая на лёд (в данном случае — вес человека),
− $ S $ — площадь поверхности, на которую распространяется сила.

Если площадь контакта человека с льдом уменьшается, например, при стоянии или сидении, давление на лёд увеличивается, что повышает риск разрушения льда.

Использование доски для распределения давления

Когда человек бросает доску провалившемуся под лёд, это делается для перераспределения массы спасаемого человека на большую площадь. Доска увеличивает площадь поверхности ($ S $), на которую передаётся сила ($ F $), соответственно уменьшает давление ($ P $). Таким образом, вероятность разрушения льда под спасаемым значительно снижается.

Зачем не подходить близко к краю полыньи?

1. Увеличение риска разрушения льда: Если спасатель подходит слишком близко к краю полыньи, давление его тела может дополнительно нагрузить лёд, который уже ослаблен вокруг места провала.
2. Распределение массы: Чем дальше спасатель находится от полыньи, тем меньше его вес влияет на область разрушенного льда. Лёд вокруг полыньи наиболее тонкий, поэтому важно сохранять давление на безопасном расстоянии.

Принципы действия спасательной доски:

1. Увеличение площади контакта: Спасаемый, лежа на доске, распределяет свой вес на большую площадь, что снижает давление на лёд.
2. Обеспечение опоры: Доску можно использовать в качестве точки опоры для вытягивания человека из воды, не приближаясь к краю полыньи.
3. Безопасность спасателя: Использование доски позволяет минимизировать риск для спасателя, который остаётся на безопасном расстоянии от ослабленного льда.

Сводка основных физических принципов:

• Давление на лёд уменьшается с увеличением площади контакта.
• Лёд вокруг полыньи наиболее уязвим, поэтому подход к краю полыньи увеличивает риск разрушения льда.
• Использование доски позволяет эффективно распределить вес и снизить нагрузку на поверхность льда.

Всё это объясняет, зачем бросают доску и почему спасатель не приближается к краю полыньи.