Хорошо, если мы сможем ответить на вопрос, исходя из физики явления.

Ещё лучше, если мы умеем подкрепить свой ответ решением, полученным из законов механики и свойств тел. И если законы универсальны, то тела индивидуальны и могут быть разделены на классы по признакам их поведения. Ученые-механики используют термин «определяющие уравнения», который подчеркивает общие свойства класса тел.

Сотрудники, аспиранты и студенты кафедры занимаются решением задач для тел со сложными свойствами, как раз теми, которые интересуют современных инженеров. Если материал подчинен закону Р.Гука (закон упругости в школе), то для расчета напряжений в телах или конструкциях сейчас существуют программы для быстрого решения задачи. Эти вычислительные пакеты можно назвать «упругими калькуляторами» за ту простоту и скорость, с которой инженер получает ответ. И если в руках у инженера есть критерий, допустим ли уровень напряжений в конструкции при заданной нагрузке, то при положительном ответе можно запускать проект в производство. Но если тело или конструкция не входят в класс упругих тел, или условия работы оказываются экстремальными, то для решения такой задачи нужен именно ученый-механик.

Я занимаюсь задачами, связанными с воздействием льда на морские платформы, причальные стенки, опоры мостов- offshore structures. Для решения любой задачи о значении нагрузки на портовые конструкции необходимо, прежде всего, сказать, а к какому классу тел надо отнести лед. И вот тут-то начинается самой интересное. Лед является одним из самых загадочных материалов, конечно, в силу уникальных физических свойств воды. Действительно, нет материала, который бы так менял свои свойства при изменении температуры всего на 3 градуса Цельсия. При -2⁰С он может разрушаться как хрупкое тело с образованием трещин, разлетом осколков, а при +1⁰С он превращается в воду и обтекает конструкцию, как и положено воде. Можно сказать, что лед может быть причислен к целому десятку классов материалов, он может быть и сыпучим, может течь как очень вязкая жидкость, может быть хрупким, упругим, пластичным, лед многолик и искусен в своих преображениях.

Мы изучаем его механические свойства как в лаборатории, так и на замерзших акваториях морских заливов.

Наиболее интересны для меня сейчас задачи, в которых лед проявляет свойство дилатансии. Дилатация— увеличение объема, наблюдаемое в зернистых материалах, когда они подвергаются сдвиговым деформациям. Этот эффект был впервые описан Рейнолдсом в конце 19 века. Само явление легко наблюдать на песчаном пляже –влажный песок как бы «высыхает» под ступней. Связано это с нарушением плотной упаковки песчинок, вода стекает в увеличившиеся полости. Для льда физика явления другая - при сдвиге происходит растрескивание, «расщеперивание», за счет чего лед разуплотняется. Почему интересно это явление?

Многие интуитивно догадываются, а механики знают, что трещина или острый надрез в теле или конструкции является источником опасности разрушения, концентрируя вокруг вершины дефекта силовые линии. При этом опасно растяжение, а не сжатие, которое наоборот может сомкнуть берега надреза. А теперь вернемся ко льду. Если вдоль надреза наряду с растяжением действует еще и сдвиг (как в колоде карт), то в окрестности кончика трещины происходит увеличение объема. Поскольку вершина трещины окружена множеством других связанных частиц, то возникает стеснение, материал у вершины сжимается – опасность разрушения льда уменьшается. Так сдвиг оказывается способен «вылечить» дефект. Конечно, это будет происходить и в других материалах (бетоне, чугуне, горных породах). Но во льду, ввиду его оптической прозрачности, это явление можно наблюдать!

Многоликость свойств льда делает его замечательным модельным материалом. Поэтому наряду с возможностью его применения для других задач механики, нам достается еще и чисто эстетическое удовольствие наблюдать его голубое и зеленое сияние.