Картезіанський водолаз

Багато приладів та пристрої для очної демонстрації тих чи інших фізичних явищ і законів носять назви географічних місць, де вони були розроблені або де використовувалися. Сьогодні ми хочемо представити один з таких приладів. Це картезіанський водолаз – прилад для дослідження умов плавання тіл та демонстрації закону Архімеда.

Як можна виготовити картезіанський водолаз? За основу потрібно взяти циліндричну тонкостінну пробірку або схожу посудину. Потім налити близько третини обсягу води і помістити плавати в банку з водою. Далі наповнимо нашого водолаза водою за допомогою піпетки до рівня, коли він плаває, виступаючи над поверхнею води в банку на висоту 1-1,5 мм. Тепер картезіанський водолаз готовий до занурення. А плаватиме водолаз у високій прозорій посудині, наприклад, мензурці. Причому треба врахувати, що посудину треба буде закривати зверху тонкою гумовою плівкою чи пробкою.

А як же, наповнений водою, картезіанський водолаз перенести з банки до мензурки? Це не так просто з першого разу, але після певного тренування вийде. Отже, пробірку-водолаза виймають із банки, закривши зверху щільно пальцем, потім перевертають, опускають у мензурку з водою та під водою прибирають палець. Все, водолаз може пливти – при успішному зануренні пробірка плаває у воді практично повністю зануреною до неї.

Щоб завантажити картезіанський водолаз, потрібно закрити мензурку тонкою гумою, наприклад, від господарських або медичних рукавичок. А краще закрити посуд гумовою пробкою зі скляною трубкою, на яку одягнути гумову трубку довжиною близько 10 см. Вільний кінець гумової трубки також закрити пробкою.

Демонструвати умови плавання тіл можна в такий спосіб. Натискаючи на гумову кришку або стискаючи за допомогою пальців гумову трубку, спостерігатимемо занурення або спливання нашого водолаза. Можна підбирати такі умови, коли картезіанський водолаз буде внизу посудини, вгорі або всередині.

Як можна пояснити те, що спостерігається з точки зору фізики? Стискаючи гумову трубочку або натискаючи на гумову перегородку, ми збільшуємо тиск усередині приладу та в пробірку-водолаза входить трохи води (до речі, це можна також побачити – слід лише якось, наприклад, за допомогою нитки чи гумки, вказати початкове положення води у пробірці). Вага пробірки стає більше від сили, що виштовхує, і пробірка тоне. При відпусканні гумової трубки або перегородки стиснене в пробірці-водолазі повітря видавлює зайву воду, пробірка легшає і спливає.

Поведінка картезіанського водолаза дуже добре демонструє принципи занурення підводних човнів. У корпусі судна є цистерни, які для занурення човна набирають забортну воду. Коли потрібно спливати, то стисненим повітрям цю воду видавлюють за межі човна.

Відразу хочемо сказати, що тут описано лише загальну схему такого цікавого фізичного експерименту-демонстрації, як картезіанський водолаз. Звичайно, хтось пробірку розмалює різними кольорами або намалює на ній водолаза, наприклад, за допомогою лаку для нігтів. А хтось приклеїть фігурку згори. За відсутності пробірки можна поекспериментувати з піпеткою для очей. Так чи інакше, тут немає обмеження фантазії, і Ваш картезіанський водолаз може бути оригінальним та неповторним. Як і шлях у неймовірно цікавий світ науки.