Человек в воде - страница 21

Однако, вернемся к письмам. Вы заметили, что почти все авторы утверждают: тянет? И это как раз те, кто не задавался целью спокойно проверить, кто и теперь считает, что водовороты есть всюду и что они опасны для пловца. А те, кто сознательно заплывал в водоворотные зоны, чтобы испытать на себе их действие, – за быки мостов, в крутящиеся струи, в стремнины на быстрых реках – утверждают: «Не тянет». Вот пишет женщина, ветеринарный врач по профессии: «Воронки я тоже старалась испытать. На реке Селенге во время ливней вода несется с огромной скоростью, на ее поверхности хорошо видны всякие воронки, завихрения. И сколько бы я ни заплывала, ни одна воронка не могла меня втянуть в себя…»

Так как же все-таки: тянет или не тянет? Давайте попытаемся разобраться. Проведем простой опыт: налив воды в таз или ванну, погрузим руку на глубину 8-10 сантиметров и выполним под водой плавный горизонтальный гребок сомкнутыми пальцами. Мы увидим, что над рукой создается зона перемешивания с маленькими вращающимися ямочками на поверхности. Такие же вращающиеся «кнопочки» можно наблюдать тихими летними вечерами на зеркальной глади воды, если приглядеться к ее поверхности с неподвижно стоящей где-нибудь на середине реки или сплавляющейся по течению лодки. При этом становятся заметны возникающие на несколько секунд легкие разводы, отличные от всплесков рыб в вечернюю зорю. Это все следы поперечных смещений в движущейся жидкости – периодически появляющиеся вихри, поднявшиеся к поверхности и здесь успокаивающиеся.

Следовательно, из опыта в тазу можно сделать первый вывод: при возмущении слоев вода в силу текучести и инерции движения перемещается с образованием у свободной поверхности вращающихся вихрей. В стоячей воде они через какое-то время успокаиваются, а в текучей – стихают по мере удаления от очага возмущений. (Кстати, хорошо видны крупные закручивающиеся вихри, возникающие при сильном гребке веслами: тихим вечером, когда весельная лодка движется по спокойной глади воды, ее след за кормой остается отмеченным двумя рядами таких исчезающих вихрей.)

Здесь уместно вспомнить, что в механике различаются два типа движения жидкости: спокойное, так называемое ламинарное, как бы слоистое, при котором один слой жидкости скользит по другому, не смешиваясь с ним; и вихревое, или турбулентное, при котором частицы жидкости движутся беспорядочно, во всех направлениях, делают петли, возвращаются назад. При очень малой скорости жидкость в природе может двигаться параллельными слоями, то есть ламинарно. С возрастанием скорости, если нет других возмущающих моментов, ламинарное течение может перейти в турбулентное. Тогда, вследствие возрастания сил трения, слои жидкости начинают срываться, появляются пульсирующие вихри закручивания одного слоя о другой и вращение вокруг некоторых мгновенно возникающих осей.

Это рождение водяного вихря приводит к тому, что на границе с воздушной средой, где гидростатическое давление минимально или практически равно нулю, вода центробежной силой вихря слегка отжимается в стороны от мимолетно существующей оси вращения. При тихом течении образуются маленькие ямочки – «кнопочки» – диаметром от 1 до 2 сантиметров, при быстром течении – до нескольких десятков сантиметров. По мере удаления от места возникновения вихри распадаются.

Турбулентное, или вихревое, движение наблюдается во всех текучих водоемах, даже в очень медленных реках, где местами течение кажется ламинарным.

Поскольку с точки зрения гидравлики не имеет значения, движется ли тело в неподвижных слоях воды или вода обтекает неподвижное тело, появляется возможность в домашних условиях провести второй эксперимент. Воспользуемся той же наполненной ванной (или тазом). Опустив в воду ладонь лопаточкой, очень медленно сделаем горизонтальный гребок на такой же глубине, как и в предыдущем опыте. За рукой не возникнет заметных возмущений. Если сделать движение чуть быстрей, то обнаружится уже знакомая картина завихрений с вращающимися ямочками нд поверхности. Если гребок сделать сильно, то возникает интенсивная турбулентность. Отсюда напрашивается второй важный вывод: чем медленнее течение реки, тем меньше условий для возникновения турбулентностей, тем слабее перемешивание слоев жидкости, тем спокойнее может чувствовать себя плохо плавающий человек: водовороты здесь чрезвычайно слабы или совсем отсутствуют. Чем больше скорость течения, тем интенсивнее его турбулентность. Она возникает в реках от целого ряда причин: неровностей дна и берегов, поворотов русла, перепадов глубин, колебаний уровня воды, пульсации потока. Рассмотрим некоторые конкретные случаи.