Если ваш герой зачем-то лезет под воду 3 (плавучесть)

Сначала как обычно:

Дисклеймер: это не обучалка по фридайвингу. Это статья, чтоб сделать описание нырка персонажа более правдоподобным. Хотите научиться нырять на задержке – идите к сертифицированным инструкторам. 

Не пятница, сегодня у меня первый рабочий день после отпуска… Но в работу надо входить постепенно, да и отпуск был … активный. Чуть позже к травматологу поковыляю (то, что своими ногами – хорошо, значит ничего серьезного). Так что вместо утреннего спортзала окунусь я опять в одно из своих любимых. Сегодня у нас:

2.Плотность и плавучесть: Утонет ли ваш герой?

Сейчас мне это кажется таким очевидным, что не пойму, как мог раньше думать иначе? Но, возможно, я не один такой.

Раньше, как я думал? К примеру: тонет корабль. Или подводная лодка легла на грунт. Не глубоко, метрах на ста. Казалось бы, ну что здесь такого? Набрал воздуха в легкие, вышел за пределы корпуса – и всплывай как пузырик… Или вот еще: на дне моря, еще один провал. Чего бояться? Это же не на суше: нет под ногами опоры – будешь падать, пока эту опору не встретишь. А в воде? Человек же всплывает! … Или нет?

И опять у нас «физика для чайников». Потерпите, не много.

Итак, от чего зависит, будет тело погружаться или всплывать? От относительной плотности по сравнению с окружающей средой. Если плотность тела ниже окружающей среды – оно всплывет, как деревяшка. Если плотность выше – утонет. (Что есть плотность? Отношение массы к вытесняемому объему)

Плотность нужно брать среднюю по телу/объекту. Понятно, что у аэростата: сама корзина, мешки с песком, люди в корзине, даже его оболочка, всё это плотнее окружающего воздуха. Но газ, или теплый воздух внутри оболочки – менее плотный. (специально буду оперировать плотностью, а не весом или массой, потом поймете). Поэтому аэростат и «всплывает» в атмосфере, пока не дойдет до тех слоев, где воздух достаточно разряжен.

У нас по условиям вода. Плотность – единица (1 гр/см3 или 1 тонна на кубометр объема).
И человек. Кости, мозговое вещество, мышцы – все это плотнее воды. (Плотность мышечных волокн – 1,09 (1090кг/м3), плотность жира 0,9. Т.е. жирный человек не будет плавать как поплавок, жир не настолько легче.
Но у человека есть внутренние полости, заполненные воздухом: пазухи в голове, легкие. Всё это дает человеку слабую положительную плавучесть, т.к. его масса поделенная на занимаемый телом объем всё-таки меньше чем у такого же объема воды. Т.е. средняя плотность человека меньше. 

(Но на выдохе человеческое тело тонет. Даже не на полном, достаточно сделать обычный выдох, а это как правило меньше половины объема легких, чтоб человек начал тонуть. Есть хорошие упражнения для тренировки, например «лягушка»: делаешь полувыдох, погружаешься на дно и начинаешь изображать скачущую лягушку: подобрал ноги, оттолкнулся, проскользил сколько-то, и снова. И так, пока можешь).

И вот человек начинает погружаться… Помните, что я писал по поводу легких в первом самом блоге? Напомню:

«Но как раз с легкими проблем таких нет, ибо вода давит на грудную клетку, ребра у нас подвижны, легкие сжимаются, воздух в них сжимается, давление уравновешивается…»

Понимаете? Воздух в легких сжимается. Т.е. плотность его увеличивается. А что это значит?

Значит это то, что с определенной глубины человеческое тело уже не всплывает как пузырик. Оно тонет. Как камень. 

Фридайверы делят глубины на зоны: положительной плавучести, нейтральной и отрицательной.
В зоне положительной плавучести человеческое тело с воздухом в легких будет всплывать. Как раз та история: вдохнул поглубже, вышел из затопленного судна, подлодки, даже если нет никаких спасжилетов, компенсаторов плавучести и т.п. И всплыл. Поскольку всплываешь без мышечной активности, твоего дайвтайма (задержки дыхания) должно хватить на всплытие (расслабился, мысли вон и ждешь, пока нос и рот не окажутся над водой).
В зоне нейтральной человек как раз и может испытать тот самый «кайф невесомости» - тело не тонет и не всплывает, усилий чтоб удержаться в толще воды никаких. Стоит попробовать и … короче, это круче наркоты!
В зоне отрицательной человек тонет. Всё.

Самая засада, на каких глубинах начинается та или иная зона плавучести. И тут мы наступаем на «эмпирические грабли», ибо «чистых» экспериментов у меня нет (возможно где-то в реальности они существуют, но мне не известны).

Люди как правило не лезут под воду «без ничего». Во-первых, большинство спортсменов, подводных охотников и прочих здравомыслящих ныряют в гидрокостюмах. Ибо холодно, но об этом как-нибудь в другой раз. А во-вторых, гидрокостюм имеет хорошую положительную плавучесть (лучше иных спасжилетов, поскольку еще и не дадут замерзнуть). А чтоб компенсировать избыточную плавучесть ныряльщики цепляют груза. И в зависимости от того, как они отгрузились эти самые зоны у них могут сдвигаться. 

Но мы теоретически можно считать, что зона положительной плавучести начинается/заканчивается на 15 метрах. Отрицательная - на 30.
То есть, если ваш герой лезет глубже каких-то 15 метров, например взял груз (камень), с ним занырнул. Закончил свои геройские дела, отпустил груз…
И - сюрприз-сюрприз!   Ничего не происходит!  Тушка не всплывает сама по себе! (А если глубже – она еще и тонет, вот гадина!) Надо активно грести руками-ногами, жечь драгоценный кислород, понижая его содержание в альвеолярном воздухе … (стоп-стоп-стоп, мы, кажется, это еще не разбирали?)
А компенсатор плавучести не захватил… Увы, именно по этой причине происходит большинство смертей – человек или не рассчитал, или понадеялся на какую-то приспособу а она не сработала. 

Так что, если ваш герой ныряет на глубины более 15–20 метров, ему, если он в футболке и шортиках, надо больше думать не о том, как погрузиться, а о том, как потом всплыть! И тут или что-то плавучее (придумаете сами, только компенсировать грузами не забудьте, можно сбрасываемыми, вроде валуна ... на шею ), или ласты (эффективно грести руками-ногами под водой еще уметь надо). 

Ну и в заключение, для иллюстрации как тело может тонуть. 

Это я уже постил? https://youtu.be/uQITWbAaDx0 Хоть и в комментах, но всё равно гляньте, кому не лень. Просто потому что ... красиво. (Обратите внимание, у него гидра отгружена - на пояснице висит один грузик. Сильно отгружаться ни кто не будет - это ж потом на себе тащить, всплывая)

А сюда вставлю это (нырок в бассейне Y40). Здесь даже без грузов. Но и гидра скорее всего полуторамиллиметровая, почти ничего не добавляет к плавучести.