Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если вода вытекает медленнее, точка, где струя в последний раз касается носика чайника, может оказаться на нижней стороне носика. Обычно такое прилипание связывают со взаимным притяжением молекул воды и молекул материала, из которого сделан носик чайника. Прилипание часто трактуется как результат действия поверхностного натяжения и обычно приводится как пример смачивания твердой поверхности жидкостью. Однако основная причина, по которой струя, вытекающая из чайника, стекает вниз по его носику, — давление воздуха. Даже если смазать маслом нижнюю поверхность носика, чтобы уменьшить на ней взаимное притяжение молекул и исключить смачивание, медленная струя по-прежнему будет стекать вниз вдоль носика чайника.

Место отрыва струи от носика чайника определяется многими факторами. Даже если экспериментировать с одним и тем же чайником и контролировать скорость вытекания воды, расстояние, на котором струя оторвется от носика чайника, от раза к разу может меняться. Для того чтобы исключить «эффект чайника», у края носика снизу можно сделать небольшое отверстие. Когда струя достигает этого отверстия, резкое изменение кривизны поверхности приводит к отрыву потока ( прерывает поток ). Сходная техника используется на подоконниках для борьбы с эффектом чайника: дождевая вода не должна затекать под подоконник и попадать на стену. Снизу у подоконника имеется узкий вертикальный разрез, благодаря которому поток воды отрывается от края подоконника далеко от стены. Чтобы эффект чайника не мешал сливать жидкость, например из кастрюли, достаточно подставить вертикально нож или брусок в том месте, где выливается жидкость. Жидкость прижмется к ножу или бруску вместо того, чтобы стекать вниз по стенке кастрюли.

Некоторые фонтанчики для питья тоже проявляют эффект чайника: когда вода перетекает через край поддона, она либо стекает по нему снизу, либо, выгибаясь, образует вокруг фонтанчика что-то вроде ниспадающей завесы. Если поддон имеет форму круга, стекающая вода может образовать замкнутую поверхность, которую называют водяным колоколом .

Почему глубоководный водолаз, которого поднимают на поверхность, должен переждать какое-то время на определенной глубине и почему его нельзя поднимать без остановок? Почему многие водолазы после такой процедуры чувствуют себя хорошо, но испытывают боль, если им приходиться лететь самолетом вскоре после погружения? (Боль дает о себе знать после взлета.) Киты часто погружаются на большую глубину и быстро всплывают. Это как-то вредит им?

ОТВЕТ •Если при погружении водолаз вдыхает воздух под давлением, молекулы азота из воздуха растворяются у него в крови и поступают в кровоток. Когда он всплывает, давление уменьшается и азот должен покинуть кровоток. Если он не успевает это сделать, в крови образуются пузырьки из азота. Пузырьки двигаются вместе с кровотоком. По достаточно крупным сосудам они перемещаются свободно, но, попадая в более мелкие сосуды, застревают, препятствуя кровотоку. Последствия называют кессонной болезнью , или декомпрессией . Она может привести к сильным болям, инвалидности и даже смерти. Больного с признаками кессонной болезни помещают в барокамеру и заставляют дышать воздухом с повышенным давлением, медленно его понижая, при этом растворенный в крови азот постепенно выходит. Чтобы избежать кессонной болезни, водолаз, всплывая на поверхность, делает несколько остановок, задерживаясь на каждой из них на определенное время, чтобы кровь могла очиститься от азота.

График декомпрессии составлен так, чтобы при всплытии избавиться от достаточного количества растворенного азота и исключить образование азотных пузырьков. Однако оставшийся растворенный азот все еще может собираться в пузырьки, если водолазу вскоре после всплытия приходится лететь на самолете. Хотя в современных самолетах в салоне давление поддерживается, оно все же ниже нормального атмосферного давления на уровне земли. При пониженном давлении азотные пузырьки могут образовываться вновь.

Хотя раньше считалось, что киты защищены от опасностей, связанных с погружением глубоко под воду, есть основания полагать, что и они страдают от кессонной болезни, особенно если всплывать им приходится быстро.

Под водой пловец дышит через трубку, конец которой находится над поверхностью воды. Почему длина трубки не может превышать 20 см? Почему так опасно увеличивать ее длину, помимо затрудненной циркуляции воздуха в трубке? Слон, используя хобот вместо трубки, тоже может плавать под водой. Как ему удается остаться в живых, если обычно он погружается на глубину около двух метров?

ОТВЕТ •Поскольку с глубиной возрастает давление воды на ныряльщика, увеличивается и кровяное давление. Если ныряльщик плавает, задерживая дыхание, давление в легких тоже увеличивается. Тогда кровяное давление и давление воздуха в легких совпадают, что обеспечивает непрерывную поставку кислорода в кровь и удаление оттуда углекислого газа. Однако когда ныряльщик дышит через трубку, давление воздуха в легких падает до атмосферного. Уменьшение давления не слишком значительно, если пловец остается вблизи поверхности воды. При большей глубине погружения несовпадение кровяного давления и давления в легких становится опасным и может даже привести к летальному исходу, если происходит так называемая пневмопрессия , или сдавление легких . В этом состоянии в легких разрываются небольшие кровеносные сосуды и кровь проникает в легкие.

Кажется, что легкие взрослого слона, использующего хобот как трубку, сдавливаются всякий раз, когда он плывет под водой. Его легкие находятся под водой на глубине около двух метров, а это значит, что разность давления воздуха в легких и давления крови значительна. Однако легкие слона имеют специальную защиту. У всех млекопитающих легкие окружены плеврой — предохраняющей мембраной. Особенность слонов в том, что их плевра заполнена соединительной тканью, которая поддерживает и защищает небольшие кровеносные сосуды в стенках легких. Поэтому они и не рвутся при плавании под водой.

Одно из правил безопасности при погружении с аквалангом — перед тем как подняться на поверхность, надо вдохнуть. Какие опасности могут подстерегать аквалангиста при всплытии? Можно ли спастись из потерпевшей аварию подводной лодки, если, набрав полные легкие воздуха, попытаться выплыть на поверхность? Спортсмены, занимающиеся фридайвингом [38], и ама , ныряльщики за жемчугом в южной части Тихого океана, погружаются, набрав полные легкие воздуха. Опасно ли это? В чем опасность очень быстрого снижения давления воздуха в гидрокостюме при глубоководном погружении?