Закон Архимеда для чайников!

Я хорошо его помню – Архимеда – греческого парня, который однажды забрался в свою ванну и обратил внимание на то, что в тот момент, когда он оказался в ванне, уровень воды поднялся. Чем большую часть своего тела он погружал в ванну, тем тяжелее было оставаться на дне, и тем больше воды поднималось и выплескивалось через край ванны. Это произошло примерно в 287 году до нашей эры. Он пришел к следующему выводу: «Если предмет полностью или частично погружен в жидкость, то возникает направленная вверх сила, равная весу вытесняемой воды» - так что же это значит?

Он стал осмысливать пережитое в ванной и попытался понять, что бы это значило. Прежде всего, он решил провести эксперимент. Он еще раз заполнил ванну до самых краев. Затем он поместил предмет в ванну, но на этот раз он собрал всю воду, выплеснувшуюся через края, а затем он взвесил всю выплеснувшуюся воду. Но иногда предмет, помещаемый в воду, не тонул, или тонул медленнее других. Он пришел к заключению, что некая сила действовала на предметы и либо удерживала их на плаву, либо замедляла скорость, с которой они уходили на дно. Эта сила была различной для различных предметов, иногда сила была достаточной для того, чтобы удерживать предмет на поверхности, иногда – нет, и объект тонул.
Чтобы укоротить долгую историю (и вырезать побольше физики!), эта сила будет равна весу вытесняемой предметом воды.
Если сила (или вес вытесняемой воды) больше веса предмета, он будет плавать. Если меньше – предмет утонет. Это и есть закон Архимеда!

Гидрокостюмы для дайвинга

Теперь давайте перенесем эту идею в наш морской мир и прежде всего посмотрим на лодки. Поместим лодку в море. Она будет вытеснять воду. Вес этой вытесняемой воды будет равен силе, действующей на лодку. Если возникающая сила будет больше веса лодки, она будет находиться на плаву. Если мы будем загружать все больше и больше снаряжения на лодку, в какой то момент вес превзойдет силу, направленную вверх… и лодка утонет!

Что вам необходимо понять, это то, как данный Закон влияет на вас во время погружения. Для начала, представьте дайвера, весящего 100 кг и одетого в костюм. Теперь он входит в воду (теперь он становится предметом, частично или полностью погруженным в жидкость). Выталкивающая сила, действующая на него, будет равна весу вытесняемой им жидкости. Если он вытесняет 100 кг или более, дайвер будет плавать на поверхности. Если он вытесняет менее 100 кг, он утонет. Понятно? Большинство дайверов в этой ситуации будут плавать, если они не обладают очень высокой плотностью!!! Если вы носите большой, толстый неопреновый костюм, вы будете вытеснять больше воды, чем в случае с более тонким мембранным костюмом, значит, ваша плавучесть будет выше, и для того чтобы начать погружение, оказаться под водой, вам потребуется более тяжелый грузовой пояс, чтобы превозмочь плавучесть, создаваемую костюмом.

Под водой все становиться еще интереснее. Возьмем дайвера, обладающего нейтральной плавучестью, то есть находящегося в стационарном положении в толще воды, и предположим, что он не дышит. Он статичен – то есть выталкивающая сила, действующая на него, будет равна силе, направленной вниз и зависящей от его веса. Во время вдоха происходят две вещи. Во-первых, его плотность уменьшается, во-вторых, он вытесняет больше воды. В соответствии с законом Архимеда, действующая на него выталкивающая сила возрастет, то есть он начнет подниматься. И наоборот, во время выдоха он теряет часть выталкивающей силы и начинает тонуть. К сожалению, для дайверов при движении вниз или вверх существует задержка, связанная с сопротивлением, возникающая благодаря сопротивлению, создаваемому вашим телом и снаряжением. Навык контроля плавучести заключается в понимании того, как это происходит, и выработать определенный ритм и рисунок дыхания. Необходимо выдыхать, как только вы начинаетесь приподниматься, и наоборот – это минимизирует амплитуду движений.

Освоение контроля плавучести

Я видел множество дайверов, молодых и пожилых, которые теряли контроль над своей плавучестью под водой, и искренне не понимающих причины произошедшего. Они пытаются понять, что же происходит, и неконтролируемо вылетают на поверхность. Хороший инструктор сможет разрешить ситуацию прежде, чем она начнет представлять реальную опасность, но давайте вникнем в проблему. По какой-то причине у вас возникла «положительная плавучесть» - и в девяти случаях из десяти это связано со сделанным вами вдохом, как правило – слишком глубоким. Может вы испугались, увидев здоровенного лобстера? Может, вы подумали, что так будет лучше. Какова бы ни была причина, выталкивающая сила, действующая, на вас, возросла, поскольку увеличился объем вытесняемой воды. Вы начнете двигаться вверх. Вы не хотели, чтобы это происходило, вы не понимаете, что происходит, вы начинаете предпринимать действия – например, начинаете двигать руками и ногами, пытаясь восстановить баланс – и всем этим мышцам понадобиться что? – кислород! Таким образом вам опять необходимо делать вдох… потом выдох… И каждый вдох будет добавлять вам положительную плавучесть. Кроме того, воздух в вашем компенсаторе, и в вашем костюме, и в материале костюма (если вы используете неопреновый костюм) расширится по мере того, как вы будете всплывать, поскольку внешнее давление при этом будет снижаться. Это вызовет еще большую подъемную силу (смотри Закон Бойля). Это еще увеличит эффект, и вы начнете стремительный подъем!

Что же сделать, чтобы остановить это? Ответ прост: как только вы начинаете терять контроль над вашей плавучестью – ВЫДЫХАЙТЕ! Скорость вашего всплытия снизится. Расслабьтесь (чтобы вам не приходилось так напряженно дышать) – и тогда вы вновь начнете погружаться (пока вы не захотите снова вдохнуть). Нет никакой необходимости махать руками и ногами, нет нужды хвататься за травящие клапаны компенсатора и сбрасывать весь воздух, нет необходимости паниковать – просто выдохните, расслабьтесь и наслаждайтесь!