Тело погруженное под воду

Содержание

Человек под водой
Читайте также
ЧЕЛОВЕК КАК МАШИНА
РАБОТА С ТЯЖЕЛОЙ ВОДОЙ
61 Звук под водой
70 Шутка со стаканом и водой
Глава вторая На воде и под водой
Весы под водой
Человек-сверхлилипут
Ньютон как публичный человек
Глава 1. Человек в свободном падении
2. Читатель узнает, что и пенсы могут служить науке. Что скрывалось за «грязью» в сосуде. Две тысячи метров под водой. Последствие одной аварии. Привидение, которое не возвращается.
Архимедова сила: что это такое и как действует
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Формула силы Архимеда
Как действует сила Архимеда
Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут
Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли
Когда сила Архимеда не работает
Интересное по рубрике
Найдите необходимую статью по тегам
Подпишитесь на нашу рассылку
Мы в инстаграм
Рекомендуем прочитать
Реальный опыт семейного обучения

Человек под водой

Хотя в воде и растворен воздух, но организм наш так устроен, что дышать этим воздухом, как дышат рыбы, мы не можем. Чтобы оставаться под водою, человек должен либо иметь с собою запас воздуха, либо же быть в сообщении с воздухом, который имеется над водою. Подводная техника пошла по обоим путям. Спускаясь в так называемом водолазном колоколе, изобретенном в конце XVIII века, человек дышит запасом того воздуха, который имеется в колоколе. А опускаясь под воду в особом водолазном костюме – скафандре, человек получает свежий воздух извне: его накачивают вниз насосами. В настоящее время водолазными колоколами больше не пользуются, а прибегают к услугам только скафандров.

В старину думали, что снабжать водолаза воздухом можно очень просто: провести трубку от его рта наружу, выше уровня воды, и водолаз сможет как угодно долго оставаться под водою, дыша с помощью этой трубки. Когда слон окунается с головой в речную воду, он так и делает: выставляет конец хобота из-под воды и дышит наружным воздухом. Однако, когда тем же приемом пробовали пользоваться люди, дело кончалось очень плачевно: несчастных водолазов извлекали из воды бездыханными. После нескольких таких катастроф никто уже не решался больше повторять столь опасные опыты.

Читайте также: Прям как воду глядел

Чтобы выяснить причину этих неожиданных неудач, один венский врач произвел ряд испытаний над неглубоким погружением себя самого в ванну с трубкой, дающей возможность дышать под водою. Оказалось, что человеческий организм едва выдерживает такое испытание в течение нескольких минут, даже если глубина погружения достигает всего 60 см. На глубине 90 см врач мог продержаться всего одну минуту; на глубине целого метра – только полминуты; на глубине же полутора метров – не более шести секунд. Когда же врач отважился погрузиться с трубкой до глубины двух метров, он секунды через две уже потерял сознание; в его организме произошли до того серьезные расстройства, что удалось восстановить здоровье только после трех месяцев тщательного лечения в постели.

В чем же дело? Почему так вредно дышать под водой через трубку, выставленную наружу?

Нетрудно сообразить, какова причина, если вспомнить, что человеческое тело, погруженное под воду, подвергается там снаружи усиленному давлению, между тем как его легкие, соединенные трубкой с наружным воздухом, испытывают нормальное атмосферное давление. В результате неравенства наружного и внутреннего давлений кровь вытесняется из нижней части тела в легкие; из-за уменьшения оттока крови от сердца оно переполняется и расширяется. При опытах с мелкими животными обнаруживалось почти полное обескровливание ног и брюшной полости, так что при вскрытии внутренних органов под ножом почти не выступало крови.

Можно поставить вопрос: почему ничего подобного не происходит с просто ныряющим человеком? Потому что, ныряя, мы имеем запас воздуха в своих легких; этот воздух сдавливается окружающей водою в той же мере, как и прочие части тела. Неравного давления снаружи и внутри нет, оттого и нет тех болезненных явлений, о которых мы сейчас рассказали.

Теперь вы поймете, что водолазу, находящемуся на дне реки в водолазном костюме, надо подводить воздух не под обыкновенным атмосферным давлением, а под усиленным, соответствующим давлению воды на той глубине, где водолаз находится. На глубине 10 м давление воды составляет 1 кг на квадратный сантиметр. А так как нормальное давление атмосферы равно также 1 кг на квадратный сантиметр, и это давление через воду передается водолазу, то, опустившись на глубину 10 м, водолаз испытывает давление в 2 кг на квадратный сантиметр. Значит, ему надо подавать насосом воздух, слитый вдвое: такой воздух, по законам физики, давит вдвое сильнее обычного атмосферного. На глубину 20 м надо накачивать водолазу воздух, сжатый втрое; на глубину 30 м – сжатый вчетверо, и т. д.

Но может ли человек дышать таким густым воздухом? Опыт показывает, что наибольшая плотность воздуха, каким можно еще человеку дышать, отвечает сжатию в 4 1 / 2 раза. Такое давление господствует под водою на глубине 35 м. Это и есть наибольшая глубина, на какую может человек погружаться в обыкновенном водолазном костюме[14].

Подвиги советских водолазов прогремели на весь мир. Далеко за рубежом известна работа бесстрашных и искусных водолазов Эпрона (Экспедиции подводных работ особого назначения на морях и реках СССР). За десять лет работы – с 1923 по 1933 – эпроновцы спасли затонувшие корабли «Малыгин», «Сталинград», «Харьков», подняли подводную лодку «№ 9», ледокол «Садко» и еще целую сотню других судов. (Кто хочет поближе познакомиться с работой водолазов, пусть прочтет книжечку К. Золотовского «Подводные мастера»; автор ее, сам водолаз, сумел рассказать о своей работе просто, правдиво и увлекательно.)

Я сказал раньше, что водолаз не может спускаться глубже 40 метров. При этом я имел в виду «подводного мастера», одетого в водолазный костюм обычного образца.

Обыкновенный скафандр представляет мягкую резиновую одежду, через которую давление воды целиком передается телу. Водолазные костюмы, сделанные целиком из самой прочной листовой стали, в сущности, не что иное, как стальной футляр, который защищает тело водолаза от давления окружающей воды. Футляр этот может однако сгибаться в сочленениях и дает водолазу свободу передвижения. В таком костюме можно опускаться гораздо глубже 35 м, потому что тело водолаза не испытывает вовсе давления воды и в футляр можно накачивать воздух обычной плотности. Конечно, и для стального футляра существует граница, глубже которой его нельзя погружать, чтобы он не смялся давлением воды[15].

Металлические водолазные костюмы явились в ответ на требование практической жизни. Дело в том, что за время мировой войны затонуло свыше 4 тыс. судов, несших на себе груз стоимостью в миллиарды рублей. Часть этих грузов погребена на глубине, не настолько большой, чтобы нельзя было их извлечь. Насколько успешно идет подъем затонувших ценностей, видно из того, что до сих пор удалось уже извлечь со дна морей количество грузов, стоимость которых в несколько раз больше, чем цена золота, добытого на богатейших разработках Калифорнии со времени их открытия.

Лучшие водолазные костюмы жесткой системы, рассчитанные на глубину 200 м, весят в воздухе полтонны, под водою – не более 8 кг.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

плотности жидкости или газа (p);
ускорения свободного падения (g);
объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Когда сила Архимеда не работает

Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа — нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно — мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа — обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость — водный раствор спирта.