Физика на каждом шагу - Перельман Яков Исидорович (прочитать книгу TXT) 📗

Глава вторая На воде и под водой

Почему киты живут в море?

Задолго до того, как появился человеческий род, жили на суше животные таких больших размеров, каких нынешние сухопутные животные не достигают. Особенно крупны били ящеры, один из них – диплодок – имел 22 м в длину, другой (брахиозавр) достигал 11 м высоты. Представьте себе такого исполина, бродящего по улицам вашего города: он мог бы просунуть свою голову в окно третьего этажа! По сравнению с ним современный африканский слон высотою 3 ³/₂ м или даже жирафа, 5 м высоты, – настоящие карлики!

Зато в океане в наши дни водится животное, рядом с которым древние великаны-животные сами кажутся карликами. Это – кит. На рис. 35 вы видите кита-полосатика рядом со слоном. Кит – исполин по сравнению с ним. Длина полосатика около 30 м. В старые годы показывали публике чучела и скелеты китов за деньги, как редкие диковинки.

Рис. 35. Кит-полосатик в 30 раз тяжелее слона и гораздо больше любого наземного животного, теперь живущего или давно вымершего

Про чучело одного кита рассказывается в старинном русском журнале («Северная пчела», 1843 г.):

Соответственно с размером киты обладают чудовищным весом. Попадаются киты (из так называемых гренландских) весом в 90 и даже в 100 т. Такие киты весят столько, сколько 30 слонов, 40 носорогов или 200 быков.

Хотя и говорят зачастую: «рыба-кит», но это совершенно ошибочно. Кит такое же млекопитающее, как слон или носорог, а вовсе не рыба. То, что у него нет шерсти, нет задних ног, а передние ноги заменены ластами, то, что у него рыбий хвост, – все это доказывает только, что он хорошо приспособился к жизни в воде. Киты дышат легкими (а не жабрами, как рыбы), родят своих детенышей живыми (а не мечут икру, как рыбы), выкармливают их молоком и имеют теплую кровь. Словом, все главные их особенности указывают на то, что киты гораздо больше сродни слону и носорогу, чем акуле или щуке.

Но если кит не рыба, то почему живет он в воде, а не ходит по суше? Потому что на суше он был бы раздавлен собственною своею неимоверною тяжестью. Кости и мускулы кита не могут выдержать веса стотонного чудовища. Другое дело в воде. Плавая в воде, кит, собственно говоря, не весит ничего. Всякая плавающая вещь теряет из своего веса столько, сколько сама весит, оттого она и не тонет. Это надо понимать так, что вода выталкивает плавающую вещь, поддерживает ее и тем как бы уничтожает ее вес. Сколько бы весу ни было в ките, животное целиком утрачивает его, когда плавает в воде.

Но горе киту, если он очутится вне воды! А это случается с ним иной раз, например, когда, охотясь за мелкими рыбешками, которыми он питается, великан садится на мель. Наступает отлив, мель обнажается, и кит оказывается целиком на суше. Казалось бы, какая беда: кит не рыба, он дышит легкими – что же сделается ему на суше? А исполин и часу не может прожить в таком положении: он неминуемо погибает! Его губит собственная тяжесть, которой он не ощущал в воде, но которая с полной силой сказалась вне воды. Под напором огромной туши защемляются трубочки (сосуды), по которым течет кровь; дыхательные движения прекращаются, мускулам не под силу расширить такую тяжелую грудь – и величайшее животное мира становится жертвой своего огромного роста и веса. Теперь вы понимаете, почему киты могут жить только в море и почему на суше великаны таких огромных размеров и веса существовать не могут.

Что такое «водоизмещение»?

Часто вы слышите: «корабль в столько-то тонн водоизмещения». Как понимать такое выражение?

«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. м³ – 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 м³. Корабль в 6 тыс. регистровых тонн имеет почти втрое больший объем, чем корабль в 6 тыс. т водоизмещения.

Наподобие подводной лодки

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).