Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если и дальше увеличивать плотность жидкости, ориентация бруска не меняется до тех пор, пока отношение плотностей не станет равным 0,72, затем угол наклона начнет уменьшаться. Когда это отношение окажется равным 0,79, брусок опять будет плавать одной из граней вниз. При отношении плотностей, равном единице, брусок, естественно, утонет.

Всем известна легенда о голландском мальчике, который спас свой город от наводнения, заткнув пальцем дырку в дамбе, защищавшей город от наступления Северного моря. Как одному мальчику удалось сдержать натиск всего Северного моря?

Когда судно ставят в плавучий сухой док, из него откачивают воду, и одновременно стены дока сдвигают так, чтобы удерживать судно в нужном положении. Какое минимальное количество воды надо оставить, чтобы корабль держался на плаву?

ОТВЕТ •Давление воды на палец мальчика зависит от того, насколько далеко от поверхности воды была замеченная им дырка, а не от ширины или глубины всего моря. Поэтому если предположить, что дырка находилась вблизи поверхности моря, подобная история вполне могла бы быть правдой.

Дать полный ответ на вопрос о сухом доке не получится. Однако способность судна держаться на плаву не зависит от ширины и глубины всей воды в доке. Важна только высота воды у бортов судна. В принципе, если высота воды остается прежней, давление воды приводит к появлению действующей на судно и направленной вверх выталкивающей силы, компенсирующей направленную вниз силу тяжести. Значит, для удержания судна на плаву достаточно даже тонкого слоя воды вокруг его корпуса. Однако слишком тонкий слой нестабилен, и любое случайное возмущение может привести к соприкосновению судна и стенок дока. В этом случае судно уже не сможет удержаться на плаву.

Летчики-асы давно знают, что большие перегрузки на крутых виражах могут привести к потере сознания [36]. Организм летчика заранее сигнализирует о возможной опасности. Когда центростремительное ускорение достигает 2 или 3 g, тело летчика тяжелеет. Примерно при 4 g происходит потеря цветового зрения и сужение поля зрения: летчик видит все в черно-белом цвете и теряет способность к периферическому обзору (видит только то, что происходит прямо перед ним, как в тоннеле). Если долго сохраняется ускорение 4 g или оно еще возрастает, зрение теряется полностью, а вскоре после этого летчик теряет сознание. Что вызывает изменения в его состоянии?

ОТВЕТ •При больших ускорениях изменяется давление в системе кровоснабжения сетчатки глаза. При этом ухудшается или прекращается поступление кислорода сначала к сетчатке глаза, а затем к зрительной зоне коры головного мозга. В результате у человека ослабляется зрение, затем наступает слепота, и в конце концов происходит потеря сознания. На современных мощных и высокоманевренных реактивных самолетах в условиях близкого боя пилот, выполняя стремительный вираж, может потерять сознание без предупреждения. Если сознание быстро к нему не вернется, самолет либо сорвется в штопор, либо, потеряв управление, столкнется с землей.

Почему у водных змей сердце находится где-то посередине туловища, у наземных оно смещено чуть ближе к голове, а у древесных — гораздо ближе к голове? Каким образом жирафу удается направлять кровь к голове, не допуская ее скопления в ногах? Как он умудряется избегать нарушения мозгового кровообращения и не падать в обморок, когда на водопое наклоняется к воде? Зауроподы — это динозавры с массивным телом и очень длинной шеей, достигавшей у некоторых видов 9–11 м. Как им удавалось снабжать кровью голову и пить воду?

ОТВЕТ •Когда змея поднимает голову и тянется вверх, ее сердце должно обеспечить ток крови к мозгу, тогда как кровь стремится скопиться в нижней половине ее туловища. Но для водной змеи это не проблема. Давление воды с глубиной увеличивается, а значит, увеличивается и давление на нижнюю половину туловища змеи, и поэтому кровь там не скапливается. Сердце змеи располагается примерно посередине ее туловища: чем выше здесь давление воды и чем оно меньше около головы, тем легче кровеносной системе змеи поставлять кровь мозгу.

Если наземная змея высоко поднимает голову, разность давлений воды ей никак не поможет, и поэтому кровь может скапливаться в нижней части тела, причиняя змее неудобство. Однако наземным змеям повезло: сердце у них расположено не посередине туловища, а ближе к голове. Древесные змеи приспособились еще лучше: их сердце еще больше смещено к голове, а нижняя половина туловища очень плотная, что препятствует скоплению в ней крови. Поэтому такие змеи прекрасно ползают по деревьям, не боясь обморока.

У жирафа с кровотоком еще более серьезная проблема. Из-за того, что его голова находится гораздо выше сердца, кровяное давление должно быть очень высоким. Например, чтобы давление в головном мозге жирафа ростом 4 м оставалось на нужном уровне, а это примерно 90 мм рт. ст., его среднее артериальное давление должно доходить до 250 мм рт. ст. Поскольку ноги жирафа тоже находятся далеко от сердца, очень высокое давление должно было бы приводить к серьезной проблеме из-за скопления в них крови. Однако жирафа выручает строение ног: они у него мускулистые, туго обтянутые кожей наподобие компрессионных чулок. Когда жираф на водопое наклоняет голову, он двигает ею медленно, чтобы кровяное давление успело скорректироваться. Кроме того, чтобы сердце было пониже, он широко расставляет передние ноги. Хотя разветвленная сеть кровеносных сосудов , поставляющих кровь мозгу жирафа, в какой-то мере защищает мозг, неожиданное повышение давления может привести к обмороку и даже к нарушению у него мозгового кровообращения.

У зауроподов, даже если они никогда не поднимали голову на максимальную высоту, вопрос о кровоснабжении мозга стоял еще острее. Вероятно, они двигались медленно, что позволяло регулировать давление. Кроме того, у них было громадное сердце, вес которого достигал 5% веса тела.

В группу динозавров-зауроподов входят, в частности, апатозавры (их еще называют бронтозаврами ) и маменчизавры — динозавры с самой длинной шеей, будто сошедшие с картины художника-сюрреалиста. Даже по меркам динозавров это были огромные животные. По-прежнему открыт вопрос — как они могли не то что бегать, но даже ходить. Одно из предположений состоит в том, что они были полуводными животными и большую часть жизни либо плавали, либо просто бродили в воде. Могли ли такие огромные динозавры плавать?