Физические свойства воды

Мы должны уяснить, в чем будем плавать и куда нырять, какие физические процессы должны руководить нами, что нас огорчит, а что обрадует.

 

Вода, да будет вам всем известно, — жидкость, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Плотность ее увеличивается, в отличие от других жидкостей, с понижением температуры только до +4 °С. А при дальнейшем понижении температуры плотность воды понижается. Есть мнение ученых, что молекулярное строение воды более сложное, чем простая химическая связь, выраженная в формуле Н20. В воде, особенно морской, содержится большое количество растворенных солей. В одном литре морской воды — в среднем 35 г солей, тогда как в речной — 0,46 г. Кроме солей, в воде растворены кислород, азот, углекислый газ, а также большое количество взвешенных веществ, от которых зависит ее прозрачность: При погружении в воду на любое тело действуют две противоположно направленные силы — сила тяжести (вес тела) и сила плавучести (вода выталкивает тело). По закону Архимеда тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненный им объем жидкости. Все зависит от объема жидкости, вытесненной телом. Чем больше объем, тем большая сила плавучести, и наоборот. Закон Архимеда я и по себе знаю. Могу часами лежать на воде, не двигая ни рукой, ни ногой. Может быть, кто-нибудь и скажет, что не все в воде тонет, но мне при такой плавучести очень сложно нырять на большую глубину. От умения уравновесить себя в воде зависит не только успех охоты, но и безопасность пребывания под водой. Вес тела человека, как правило, немного больше веса вытесненной им воды. Так, человек весом 80 кг вытесняет при погружении в воду 79 дм3 воды, весящих 79 кг. Следовательно, тело человека обладает отрицательной плавучестью, составляющей около 1 кг. Поэтому, чтобы удержаться на поверхности воды, человеку надо шевелить руками и ногами, производя плавательные движения. У разных людей удельный вес тела и жизненная емкость легких неодинаковы. При обычном вдохе удельный вес тела равен 0,96-0,99, а при полном выдохе 1,021—1,097. В морской воде пловцу легче удержаться на поверхности, чем в пресной. Ее удельный вес (1,025) часто оказывается больше удельного веса тела человека. В морской теплой воде с очень большой концентрацией солей я практически стоял в воде, не касаясь дна, и не тонул. Чтобы погрузиться в такую воду или в любую другую, подводный пловец должен правильно подобрать грузы и безошибочно их разместить на грузовом поясе. Это позволит дольше продержаться на глубине и обеспечит лучшую маневренность под водой.

 

Подводный охотник должен знать о том, что звук в воде распространяется в пять раз быстрее, чем в воздухе. Средняя скорость звука равняется 1400—1500 м/с (скорость распространения звука в воздухе — 340 м/с). Наверное, это даже хорошо, потому что подводный охотник заранее узнает о приближении моторной лодки, катера и другого плавсредства, от которых зависит безопасность его пребывания под водой. Но это только «кажимость» безопасности. На самом деле в воде сила звука зависит не от скорости его распространения, а от амплитуды звуковых колебаний и воспринимающей способности органов слуха. Звуковые волны колеблют барабанную перепонку, слуховые косточки и мембрану кортиевого органа. На поверхности преобладает воздушная, а под водой костная проводимость. Акустическое сопротивление воды приближается к акустическому сопротивлению тканей человека. Костная проводимость на 40 процентов ниже воздушной — наружный слуховой аппарат заполнен водой, а небольшая прослойка воздуха возле барабанной перепонки слабо передает звуковые колебания. Поэтому слышимость под водой в общем ухудшается. Дальность слышимости при костной проводимости звука зависит не столько от силы, сколько от тональности: чем выше тон, тем дальше слышен звук. Между прочим, глухонемые дети очень хорошо слышат дельфинов, и это открытие, к которому я пришел не так давно, возможно, вскоре станет основой моей новой книги или найдет отзыв в медицинских программах по работе с детьми, страдающими потерей слуха. Под водой звук воспринимается сразу двумя ушами, и поэтому четко определить, в какой стороне находится его источник, сложно.

 

О распространении звука в воде, пожалуй, все. Теперь поговорим о распространении света в воде. Естественно, распространение света в водной среде иное, чем в воздушной. Часть световых лучей отражается водной поверхностью, часть рассеивается растворенными в воде веществами и частицами, а часть, поглощаясь, превращается в тепловую энергию, нагревая воду. Видимость в воде зависит от освещенности, которая, в свою очередь, определяется толщиной слоя, степенью отражения поверхностью световых лучей и рассеивания лучистой энергии в водной среде. Приведу некоторые сведения. Дистиллированная вода поглощает на протяжении 1 м 10 процентов лучистой энергии, водопроводная вода — более 26 процентов, а озерная — свыше 50 процентов. В мутной воде больших рек поглощение света на 1 м составляет 90 процентов. На глубину 10 м проникает 18 процентов света, а на 100 м — всего 1 процент солнечной энергии. Все данные о физических свойствах воды имеются в справочниках, и поэтому ничего нового здесь я не открыл.

 

Чем больше высота стояния солнца и меньше угол падения световых лучей, тем меньше света отражается от поверхности воды. При неспокойном море, когда водная гладь растревожена бесчисленным количеством воздушных пузырьков и гребнями волн, вода отражает до 50 процентов световой энергии. Это и понятно. Самая важная причина ухудшения зрения под водой — несовершенство человеческого глаза для такой среды и уменьшение преломляющей способности глаза под водой. Только маска с защитным стеклом помогает человеку видеть под водой более или менее нормально. В воздушной среде преломляющая сила глаза довольно высока, так как коэффициент преломления световых лучей в воздухе равен 1, а в оптической системе глаза — 1,3, и световые лучи достаточно преломляются оптической системой глаза. Вода имеет коэффициент преломления 1,33, фокус изображения предмета оказывается далеко за сетчаткой глаза, и человек видит все будто в тумане. Стекло маски помогает зрению под водой, но все равно предметы в воде человеком воспринимаются ближе и больше, чем они есть на самом деле. Такое явление на научном языке называется рефракцией. Световые лучи, проходя из воды через подмасочный воздух в глаз, дважды преломляются, и поэтому предметы под водой кажутся ближе, чем в действительности, и к тому же увеличенными примерно на треть. Честно говоря, со стороны воды — это большое свинство. Как же я радовался огромному морскому бычку, которого мне посчастливилось подстрелить! Но когда я его рассмотрел на поверхности, моя добыча оказалась маленькой рыбкой, недостойной даже рыболовного крючка.

 

Но и это еще не все! Под водой не только ухудшается зрение человека, но и меняется его цветоощущение. Вода, особенно морская, выполняет роль голубого фильтра. Ультрафиолетовые лучи проникают далеко, а вот инфракрасные поглощаются почти сразу. По мере увеличения глубины последовательно отфильтровываются красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие и фиолетовые участки спектра. Лучше всего в воде заметен белый цвет, затем желтый, красный и зеленый, а менее всего — синий. Некоторые аквалангисты берут с собой под воду подводные фонари, и на больших глубинах, куда не проникает красный цвет, как раз все и окрашивается в красные и оранжевые краски. Свет фонаря привлекает некоторые виды рыб, а другие, наоборот, отпугивает. Я брал с собой под воду фонарь и прикреплял его к подводному ружью. Охота оказывалась более успешной, чем в глубокой темноте.