АРХИМЕДОВА СИЛА И КИТЫ
В совершенстве приспособлено для жизни в воде тело самого большого животного на Земле — кита.
Наиболее крупные представители отряда китообразных — голубые киты. Масса голубого кита достигает 130 тонн, но он способен развивать в воде скорость до 20 узлов ( 37 км/ч). Кит, выскакивая из воды, поднимается над ее поверхностью на несколько метров.
Многое в поведении морских животных можно объяснить на основании законов физики.
Как плавает кит?
Тело плавает в воде, если действующая на него выталкивающая сила и сила тяжести равны между собой. Давайте рассчитаем архимедову силу, действующую на голубого кита, и сравним ее с силой тяжести. Архимедова сила равна весу жидкости, вытесненной погруженным в нее телом.
Будем считать, что тело кита имеет форму цилиндра. После расчетов легко убедиться, что архимедова сила, которая поддерживает в воде тело кита, исчисляется миллионами ньютонов. Для вычисления силы тяжести, действующей на кита, нужно ускорение свободного падения умножить на массу кита. И здесь мы получаем величину, измеряемую миллионами ньютонов, значит, архимедова сила удерживает тело кита в равновесии. Конечно, кит не сможет находиться на суше. Громадная сила тяжести (свыше миллиона ньютонов) прижмет животное к земле. Скелет кита не приспособлен к тому, чтобы выдерживать эту тяжесть, даже дышать кит не сможет, так как для вдоха он должен расширить легкие, т.е. приподнять мышцы, окружающие грудную клетку, а в воздухе эти мышцы весят несколько десятков тысяч ньютонов. Известный ученый- исследователь морских глубин Жак-Ив Кусто пишет: «...на суше скелет кита не выдерживает веса мышц и жирового слоя, между тем как в плотной водной среде он отлично служит киту».
Во время экспедиции Кусто и его товарищи пытались спасти попавшего на мель китенка, масса которого была «всего» две тонны. Чтобы поднять его на борт судна, пришлось применить специальный гамак, так как даже новорожденный китенок мог «сломаться» под действием собственной силы тяжести, если бы под ним не было равномерной опоры. Именно такую равномерную опору создает телу в воде архимедова сила.
Как кит ныряет и всплывает?
Хвост кита имеет горизонтальные лопасти, он развивает мощность до 500 лошадиных сил (эта мощность только в два раза меньше мощности двигателя самолета Ан-2).
Когда аквалангиста задевает корпусом плывущий кит, «впечатление такое, словно толкнул мчащийся паровоз. Могучим движением хвоста кит направляет свое тело в глубину океана — ныряет. Глубина погружения равна нескольким десяткам метров, а у кашалотов даже до 1000—1200 м. На такой глубине давление воды очень велико. Легкие кита под этим давлением воды сжимаются до так называемого остаточного объема.
От сжатия легких объем тела кита уменьшается, а вместе с тем уменьшается и выталкивающая сила, кит не всплывает, а держится на нужной ему глубине. Когда кит движется из глубины к поверхности воды, архимедова сила постепенно понемногу увеличивается (почему?).
Вынырнув на поверхность, кит вдыхает воздух, объем его тела увеличивается, увеличивается и выталкивающая сила.
Сила тяжести уравновешивается такой выталкивающей силой, какая действовала на кита, плавающего внутри воды. Но теперь для создания такой же выталкивающей силы киту не нужно полностью погружаться в воду – ведь его объем стал больше. А при вдыхании воздуха объем тела кита увеличивается настолько, что ему уже не нужно полностью погружаться в воду, чтобы вес вытесненной им воды равнялся силе тяжести, действующей на кита.
Источник: журнал «Квант»
Есть вопросик? - Отвечаем!
Кто? Что? Где? Как? Куда? Когда? Какой?
Почему? Каково? Сколько? "Да" или "нет"?
