ogn_slon | Разбор фотозагадки про айсберг (Reply)

Ну, объяснил, что айсберг вообще опасный сосед для корабля, особенно в летнюю пору.
Подтает подводная часть, нарушится равновесие, переместится центр тяжести, —
и вся эта громадина держится, так сказать, на честном слове. [...]
И ничего удивительного нет, если айсберг переворачивается...
— Андрей Некрасов, «Приключения капитана Врунгеля»

С большим опозданием вскрыл фотозагадку про айсберг, прошу прощения за задержку.

На фотографии запечатлен необычный айсберг, который выглядит как огромный голубой кристалл, к тому же совершенно бесснежный, несмотря на недавний снегопад. Оказывается, что уже после окончания снегопада айсберг перевернулся. Во всяком случае, такое объяснение, со ссылкой на специалистов, предлагает фотограф Алекс Корнелл, которому повезло запечатлеть это редкое зрелище — свежий айсберг-перевертыш (источник). Самого явления переворота Корнелл не видел, что не удивительно, — говорят, даже морским волкам полярных широт, годами и десятилетиями плавающим среди льдов, удается поприсутствовать при перевороте айсберга не чаще пары раз в жизни. Для того, чтобы глыба льда совершила оверкиль, необходимы специфические условия, которые складываются редко. Если они все-таки складываются, то переворот длится всего несколько десятков секунд, и шансы на то, что в нужный момент в правильном месте окажется человек, к тому же с фотокамерой на изготовке, крайне малы.

С учетом сказанного, я не надеялся найти в сети красивую, убедительную и технически качественную видеозапись переворота айсберга, и, в самом деле, не сумел найти таковую. Но кое-что все же обнаружилось, и, например, эта запись дает общее представление о событии:

Watch on YouTube

Источник: ютьюб.

Большинство участников разгадывания справились с заданием с первой попытки, как и требовалось. Иные угадали со второго или третьего раза, что тоже неплохо, хоть и не обеспечивало места на «доске почета». При этом у меня сложилось впечатление, что некоторым участникам конкурса сама возможность переворота айсберга представляется неожиданной и странной. Как сообщил автор одного из комментов, «перевернутый айсберг я отверг по той причине, что не зря говорят о верхушке айсберга». Другой комментатор написал: «и я таки не понимаю, как это возможно» и попросил меня пояснить физическую сторону являния, а я неосторожно пообещал это сделать. Если честно, сообщить что-нибудь толковое и достоверное на сей счет мне затруднительно за отсутствием квалификации. Далее я все же пытаюсь пробормотать нечто, но относиться к моему некомпетентному комментарию следует с осторожностью, скептически. Буду признателен за более квалифицированные комментарии, и, конечно, готов принять обоснованную критику написанного мною.

Итак, может показаться, что айсбергу не положено переворачиваться, поскольку, как известно, большая его часть (порядка 90%) всегда находится под водой. В этом рассуждении, однако, опущена логическая связка: собственно, а почему из того, что большая часть айсберга находится под водой, якобы следует невозможность переворота? Реконструкция вероятной логики, остающейся «за кадром» данного рассуждения, выявляет возможный источник ошибки. Предполагается, очевидно, что центр тяжести айсберга находится под водой (верно), и он не может зафиксироваться в положении над водой (верно), что неизбежно произошло бы при перевороте (не верно!). Ошибочная часть реконструированного аргумента предполагает, что при перевороте айсберга его подводная и надводная части просто-напросто меняются местами. Но ведь этого не может быть как раз потому, что в положении равновесия 90% айсберга должно находиться под водой! На самом деле, при перевороте айсберга его бывшая надводная часть действительно полностью погружается под воду. А вот бывшая подводная часть, в основном, так и остается под водой, и над поверхностью показывается лишь небольшой ее фрагмент, который становится новой вершиной айсберга. Оверкиль айсберга можно схематически мыслить как поворот вокруг горизонтальной оси, проходящей через его подводный центр тяжести, причем центр тяжести вместе с большей частью льда остается под водой на протяжении всего упражнения.

В принципе, возможность опрокидывания айсберга не должна удивлять. Никого же не удивляет, что детская уточка в ванной может плавать как в «штатном» вертикальном положении, так и на одном или другом боку. Уточка обладает несколькими положениями равновесия. Как и судно, которое, потеряв запас остойчивости, может опрокинуться килем вверх (откуда термин «оверкиль»). У погруженной в воду ледяной горы тоже может быть несколько положений равновесия, и она может перейти из одного положения равновесия в другое в результате переворота, почему бы и нет. Другое дело, что айсберг, быть может, интуитивно представляется плавающим в воде вертикальным конусом с маленькой надводной вершиной и огромным основанием глубоко под водой, и такой айсберг, действительно, вряд ли смог бы перевернуться. Но реальные айсберги могут иметь причудливую форму, в том числе и такую, которая допускает переворот. Например, айсберг может приобрести подходящую для переворота конфигурацию в результате откалывания от него массивного фрагмента.

Изучение условий и динамики переворота айсберга является интересной и сложной физической задачей. Вот в этой статье излагаются некоторые расчеты и экспериментальные результаты. Для понимания статьи требуются квалификация и навык применения методов классической механики, каковыми скромный автор этих строк когда-то давно вроде бы обладал, но с тех пор обленился, поглупел и разучился, увы, так что изложить содержание статьи простым человеческим языком не сможет. Желающие могут поразбираться самостоятельно.

Добавлю, что, судя по названной статье и еще по одной, попавшейся мне под руку, оверкиль гигантской льдины размером в сотни метров по каждому из трех измерений может высвободить энергию порядка десятков килотонн в тротиловом эквиваленте. Если бы процесс переворота занимал долю секунды, то по своей энергетике он был бы сопоставим с небольшим атомным взрывом. К счастью, айсберги переворачиваются куда медленнее и с куда менее драматическими последствиями. Тем не менее, утверждается, что переворот гигантских айсбергов достаточно динамичен, чтобы фиксироваться сейсмическими приборами как землятресение в соответствующей точке Земли. Я раньше не слышал об этой ледяной экзотике, но чего не узнаешь, разбираясь в деталях загадочной фотографии.