Яков Перельман - Физика на каждом шагу

«Водоизмещением» корабля называется вес той воды, которую он вытесняет своею погруженною частью. Корабль в 6 тыс. т водоизмещения вытесняет, держась на воде, 6 тыс. т воды.

Почему однако нужно знать, сколько воды вытесняет судно? Потому что зная это, можно судить об объеме корабля и его весе вместе с грузом. По закону плавания, каждая вещь, держащаяся на воде, вытесняет своей погруженной частью столько воды, сколько весит вся эта вещь. Корабль в 6 тыс. т водоизмещения весит (погруженный до «ватерлинии», т. е. до определенной метки на борту) ровно 6 тыс. т. А кроме того раз известно, что подводная часть судна вытесняет 6 тыс. т воды, то легко сообразить, каков объем этой части: 6 тыс. м 3– ведь 1 кубометр воды весит одну тонну [7].

От тонн «водоизмещения» следует отличать так называемые «регистровые» тонны. Регистровая тонна – мера объема, а не веса; это 100 куб. футов, или 2,8 м 3. Корабль в 6 тыс. регистровых тонн имеет почти втрое больший объем, чем корабль в 6 тыс. т водоизмещения.

Желая убедиться, свежо ли яйцо, хозяйка испытывает его нередко таким образом: если яйцо тонет в воде – оно свежо, если всплывает – оно негодно для еды. Физик выводит из этого наблюдения то, что свежее яйцо весит больше, чем такой же объем чистой воды. Говорю «чистой» потому, что нечистая вода, например солевая, весит больше.

Можно однако приготовить такой густой раствор соли в воде, что яйцо будет легче вытесняемого им рассола.

Тогда самое свежее яйцо будет в такой воде всплывать. Вы могли бы сыграть коварную шутку с хозяйкой, испугав ее тем, что вся купленная ею партия яиц нехороша: яйца всплывают в воде (разумеется, вы скроете, что вода у вас взята соленая).

Впрочем, опытные хозяйки хорошо знают про это свойство рассола и пользуются им при засолке огурцов. Для малосольных огурцов требуется слабый рассол – и хозяйка приготовляет такой, в котором яйцо тонет. Когда же ей нужен более крепкий рассол, она распускает столько соли в воде, чтобы свежее яйцо в нем всплывало.

Вы легко можете заставить яйцо не тонуть, не всплывать, а словно висеть внутри жидкости. Такое состояние тела в жидкости физики называют «взвешенным». Для этого вам нужно приготовить раствор соли такой крепости, чтобы погруженное в него яйцо вытесняло ровно столько граммов рассола, сколько оно само весит. Получить подобный раствор вам удастся после нескольких проб: если яйцо всплывает, подольете немного чистой воды; если же яйцо тонет, прибавите немного крепкого рассола. При некотором терпении вы наконец приготовите рассол, в котором погруженное яйцо не всплывает, но и не тонет, а остается в том месте под жидкостью, куда вы его поместили.

Для того же опыта можно воспользоваться и картофелиной; она тоже тонет в пресной воде и всплывает в густосоленой; легко поэтому приготовить рассол, в котором картошка не будет ни тонуть, ни всплывать.

Рис. 36. Подводная лодка держится под водой по той же причине, по какой не тонет и не всплывает яйцо в густом рассоле

В подобном состоянии находятся подводные лодки – длинные сигарообразные суда, могущие двигаться и маневрировать, находясь ниже уровня воды. Сейчас такие суда строятся исключительно для военных целей [8]и достигают, несмотря на свое, скромное название («лодка»), внушительных размеров – 100 и более метров длины.

Подводная лодка не всегда плавает под водой: во время переходов и стоянки суда эти находятся в непогруженном состоянии, как корабли обычного типа, они даже снабжены мачтами, мостиком и прочими частями надводного судна. И только находясь вблизи неприятельского корабля, подводная лодка погружается ниже уровня воды, выставляя над нею конец своего «перископа» (наблюдательной трубы).

Опускаются подводные лодки на глубину и в тех случаях, когда спасаются от артиллерийского обстрела, когда ищут спокойной ночевки и т. п.

Погружают подводную лодку тем, что из-за борта впускают воду в особые «балластные цистерны», т. е. в запасные баки, установленные внутри лодки и остающиеся порожними, когда лодка плывет в надводном положении. При заполнении цистерн вес лодки, бывший до погружения меньше веса равного объема воды, становится одинаковым с весом равного объема воды; по закону Архимеда, такое тело не должно под водой ни всплывать, ни тонуть.

Ниже 70 м под уровнем воды современные подводные лодки не погружаются, чтобы не пострадать от давления воды: на 70-метровой глубине каждый квадратный метр поверхности судна испытывает со стороны воды давление в 70 т. Впрочем, в Америке недавно сооружены подводные лодки, способные погружаться глубже указанной границы. Это настолько крупные суда, что для них название подводной лодки уже никак не подходит; лучше называть их подводными крейсерами. Такое судно может по три месяца плавать в открытом море, не возобновляя в гаванях своих запасов и покрывая расстояние в 25 тыс. морских миль (45 тыс. км). Имея все преимущества крейсера, новое подводное судно может погружаться на невероятную глубину – 112 м! Без добавочных приспособлений новый подводный корабль способен оставаться под водой трое суток, а при наличии особых аппаратов – даже целый месяц.

Рис. 37

Возвращаясь к нашим опытам, расскажем, как можно изготовить модель подводной лодки. Надо вырезать из дерева веретенообразное подобие подводной лодки и обмотать его нетолстой медной проволокой. Постепенно сматывая проволоку и отрезая ее по кусочку, можно добиться наконец того, что модель лодки не будет в соленой воде ни тонуть, ни всплывать.

Подобно подводной лодке в воде, держится в воздухе дирижабль: он вытесняет ровно столько тонн воздуха, сколько весит его оболочка с наполняющим его легким газом, гондолой и прочим снаряжением.

Кто знает закон плавания и помнит удельные веса разных материалов, тот может предвидеть, какие материалы будут в воде плавать и какие тонуть. Если удельный вес материала больше удельного веса воды, материал тонет; если меньше – плавает. Не думайте, что материал, тонущий в воде, потонет и во всякой другой жидкости; в более тяжелой жидкости он может и не тонуть. Возьмем, например, ртуть – металлическую жидкость, которая тяжелее воды почти в 14 раз. Бросьте в нее кусок железа – он не потонет, а будет плавать. Это и понятно: железо имеет удельный вес 8, ртуть – 14. Медь, цинк, олово, даже серебро и свинец в ртути плавают; только золото, платина и некоторые другие металлы из числа самых тяжелых в ртути не плавают. Кусок дерева в ртути конечно тоже плавает, погружаясь при этом так мало, что кажется, будто он лежит на ртути, как на льду.