Жидкости

Архимед был греческим математиком и инженером. Он заметил, что, когда человек погружается в ванну, уровень воды в ней повышается. Причина достаточно очевидна: вы сидите там, где прежде находилось некоторое количество воды. Она не сжимается под вами, как сжался бы поролоновый матрац; она, будучи жидкостью, обтекает вас и находит для себя другое место. В ограниченном пространстве ванны единственное место, куда она могла бы направиться, находится выше ее первоначального уровня. Если, когда вы забираетесь в ванну, она уже полна, вода перельется через край и потечет на пол. Вот здесь-то и приходит черед знаменитого эксперимента Архимеда. Собрав пролитую через край воду в другой сосуд, вы сможете узнать с ее помощью кое-что интересное: вес этой воды равен так называемой архимедовой, или выталкивающей, силе, которая на вас действует. Если эта сила меньше вашего веса, вы утонете; иначе поплывете. Это правило применимо к любому объекту. Эврика!

Причина, по которой одни вещи плавают, а другие тонут, сводится к тому, больше или меньше их вес, чем у эквивалентного им объема воды

По сути, Архимед открыл, что можно заранее определить, будет ли объект плавать или тонуть: достаточно вычислить вес воды, которую он вытеснит при погружении. Для сплошного однородного предмета нужно сравнить плотность материала с плотностью воды. Так, древесина, вес которой на единицу объема меньше, чем у воды, имеет меньшую плотность и потому плавает. Сталь плотнее воды и тонет. Но есть один фокус: корабли все-таки можно строить из стали, если делать их пустотелыми. Тогда средняя плотность объекта может оказаться меньше плотности воды, и корабль удержится на воде. Всё очень просто. Переместимся на две тысячи лет вперед от даты Архимедова триумфа и обнаружим, что стоимость стали теперь достаточно низка, чтобы строить корабли из нее. Современный морской торговый флот, перевозящий 90 % мировых товаров, почти полностью состоит из стальных судов.

Человеческое тело состоит из веществ разной плотности: кости, например, плотные, но есть ткани менее плотные, а кое-где имеются и пустоты. В целом наша плотность чуть меньше, чем у воды, поэтому мы можем плыть. Но если уравнять свою плотность с плотностью воды, навесив на себя что-нибудь тяжелое – например, металлический пояс, – можно добиться состояния нулевой плавучести, когда вы не будете ни погружаться, ни всплывать. Идеальный вариант для погружений с аквалангом. Когда вы под водой в состоянии с нулевой плавучестью, на вас не действует никакая суммарная сила; ничто не заставляет всплывать к поверхности, как и опускаться на дно океана. Человек в снаряжении аквалангиста, по сути, невесом в воде и может спокойно исследовать в глубине коралловые рифы и затонувшие корабли. Ощущения так похожи на космическую невесомость, что астронавты даже тренируются в бассейнах.

Без специального снаряжения человеческое тело всплывает. Но его плотность лишь чуть меньше плотности воды, и человеку приходится погружать в нее более 90 % тела, чтобы вытеснить достаточно воды для поддержания своего веса. У полных людей плавучесть выше, чем у худых: соотношение жира и костей делает их менее плотными. Мокрые гидрокостюмы тоже добавляют плавучести, поскольку покрывают тело заметным слоем материала, значительно менее плотного, чем вода. В море плавать немного проще, чем в бассейне, потому что в морской воде растворено немало минералов, таких как соль, она же хлорид натрия. Когда она растворяется в воде, натрий и хлор переходят в жидкость, разделяясь и втискиваясь между молекулами воды. Наличие этих атомов в воде делает ее плотнее, и вам не приходится вытеснять так много, чтобы скомпенсировать свой вес, как в пресном водоеме. А в воде ближневосточного Мертвого моря так много соли (в десять раз больше, чем в Атлантическом океане), что на его поверхности можно лежать и покачиваться, как утка.

Человек, лежащий на воде в Мертвом море