В природе
Раковина головоногого моллюска Наутилуса – шедевр инженерного искусства. Внутри она разделена перегородками на несколько камер, которые моллюск строит по мере своего роста. Заполняя камеры то газом, то водой, Наутилус регулирует свою плавучесть, легко всплывая или погружаясь в глубину. Возможно, из-за этой способности перемещаться вертикально в толще воды Жюль Верн и назвал в романе «Двадцать тысяч лье под водой» подводную лодку «Наутилус».
Научная мысль
Основываясь на продемонстрированном с помощью экспоната законе и явлении, осуществляется погружение и всплытие подводной лодки. Подводная лодка состоит из водонепроницаемого корпуса, под обшивкой которого расположены цистерны с балластом. Погружение подлодки происходит при заполнении цистерн балласта, что влечет за собой изменение ее веса и плавучести. Под водой лодка находится во взвешенном состоянии – она не тонет и не всплывает. Когда необходимо всплыть, в балластные цистерны закачивается воздух, который вытесняет воду наружу.
Это интересно!
Все суда «сидят» глубже в пресной воде и мельче – в соленой воде. Это зависит от объемного водоизмещения судна. Давайте разберемся. Плавучесть – это способность судна держаться на воде. Плавучесть должна сохраняться при нагружении судна, его движении и преодолении волн. Всякое плавающее судно в спокойном состоянии находится на воде в равновесии под действием двух сил: силы веса судна, направленной вертикально вниз, и силы давления воды на подводную часть судна, направленной вертикально вверх. Сила давления воды на подводную часть корпуса называется силой плавучести. По закону Архимеда, сила плавучести равна весу воды, вытесненной судном. Вес воды, вытесненной судном, называется весовым водоизмещением судна, или просто водоизмещением. Отличают еще объемное водоизмещение, или объем воды, вытесненной судном. Весовое водоизмещение измеряют в тоннах (реже в килограммах), объемное – в кубических метрах. В пресной воде объемное водоизмещение равно весовому, так как кубический метр пресной воды весит одну тонну. Одно и то же судно с определенным весовым водоизмещением в разной воде может иметь разное объемное водоизмещение. В пресной воде объемное водоизмещение больше, чем в соленой, так как соленая вода тяжелее пресной и при равном весе занимает меньший объем.
Домашний эксперимент
Этому занимательному опыту около трехсот лет. Его приписывают французскому ученому Рене Декарту (1596–1650) – математику, философу, физиологу, механику и физику. Опыт был так популярен, что на его основе создали игрушку, которую и назвали «Картезианский водолаз». Прибор представлял из себя стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала фигурка человечка. Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на резиновую пленку, закрывавшую верх цилиндра, фигурка медленно опускалась вниз, на дно. Когда переставали нажимать, фигурка поднималась вверх. Вариантов этого опыта встречается достаточно много. Например, наполните пластиковую бутылку водой, оставив 2–3 миллиметра до края горлышка. Возьмите пипетку, наберите в нее немного воды и опустите в горлышко бутылки. Она должна своим верхним резиновым концом быть на уровне или чуть выше уровня воды в бутылке. При этом нужно добиться, чтобы от легкого толчка пальцем пипетка погружалась, а потом сама снова всплывала. Теперь, закрутив бутылку пробкой, нажмите на боковые стенки бутылки. Пипетка пойдет на дно бутылки. Ослабьте давление пальцев или ладони – она снова всплывет. Регулируя силу нажатия на бутылку, можно заставить пипетку «зависнуть» на одном уровне.