Картезианский водолаз (Декартов поплавок)

Условия плавания тел легко наблюдать с помощью так называемого картезианского водолаза. Название это произошло от имени знаменитого французского ученого-естествоиспытателя Рене Декарта, имя которого по-латыни звучало "Картезиус". Рене Декарт (Картезиус) впервые сконструировал "водолаза" и демонстрировал его принцип действия.

В длинный стеклянный цилиндр налита вода. Сверху цилиндр закрыт резиновой натянутой на верхний край цилиндра мембраной. В воде плавает опрокинутая пробирка, в нижней части которой находится пробка с отверстием. Пробирка частично заполнена водой, а частично - воздухом, в верхней части пробирки находится воздух. Сейчас вес пробирки меньше, чем вес вытесненной воды, поэтому пробирка всплыла.

Попробуем надавить на мембрану. При этом воздух под мембраной сожмется, давление воздуха под мембраной возрастет, и по закону Паскаля будет передаваться по всем направлениям во все точки внутри жидкости. И поэтому давление на воздух, находящийся внутри пробирки, при этом также возрастет. Воздух частично, немножко сожмется, и небольшое количество воды войдет при этом в пробирку. Пробирка станет тяжелее, ее вес станет больше веса вытесненной воды, и пробирка пойдет ко дну.

Наблюдаем за опытом. Вот мы видим, как пробирка тонет. Если я отпущу мембрану, то процесс повторяется в обратном порядке, давление воздуха становится меньше, и под мембраной, и над водой в пробирке, и вода частично выходит из пробирки.

Давайте еще раз попробуем утопить пробирку. И теперь будем медленно освобождать мембрану, добиваясь того, чтобы пробирка плавала на определенной глубине. При этом вес пробирки будет в точности равен весу вытесненной воды.

Как видите, мы можем заставить пробирку плавать на любой глубине. Принцип действия картезианского водолаза положен в основу погружения и всплывания подводных лодок. Когда нужно, чтобы лодка пошла вниз, на бОльшую глубину, заливают воду в цистерны, увеличивая балласт, вес подводной лодки становится больше веса вытесненной воды, и лодка идет на большую глубину. Если же нужно, чтоб лодка всплыла, то в этом случае продувают цистерны, и, вследствие уменьшения веса лодки, она всплывает.