Прочувствовать это явление можно на простом опыте. Сравните сопротивление, которое испытывает ладонь при медленном погружении в воду и при быстром шлепке по ее поверхности Попробуйте, положив на поверхность воды газету, шлепнуть по ней. Вы заметите, что значительная часть газеты почти не прогнулась. Сопротивление удару создает вся масса находящейся под ней воды.
На этом принципе В.И. Меркулов предложил «переправу без моста». Ряд узких досок, связанных тросом, образуют помост шириной около пяти метров (рис. 1).
Рис. 1
Ясно, что выдержать вес неподвижного грузовика массой до трех тонн он не может. Если же грузовик движется со скоростью более 10 м/с, доски лишь слегка, всего на 10 см, проваливаясь под колесами автомобиля, приведут в действие огромную массу воды. Возникшей силы инерции вполне достаточно для удержания грузовика. В обычных условиях такой переправой люди вряд ли станут пользоваться, но в экстремальной ситуации риск оценивают иначе…
Движение спортсмена на водных лыжах можно до известной степени сравнивать с движением автомобиля по переправе Меркулова. Как и доски переправы, лыжа быстро толкает вниз значительную массу воды. Возникает сила реакции, удерживающая вес человека. По существу, он бежит по воде, но на этот бег расходуется немалая мощность буксирующего катера.
Еще в глубокой древности люди изобрели ласты — приспособление для сравнительно медленного хождения по зыбкой почве, болоту, снегу. Напрашивается мысль и о ластах, пригодных для бега по поверхности воды (рис 2).
Рис. 2
Расчет показывает, что плоская ласта площадью 0,4–0,6 кв. м при быстром толчке способна удержать человека. Главная проблема в том, чтобы быстро вытащить ноги после толчка.
Те же болотные птицы, прыгая по плавающим листьям, по существу, используют их как ласты, значительно увеличивающие площадь опоры ноги. Но эти «ласты» нет нужды вытаскивать. Для нас одно из возможных решений — ласта, выполненная как пластина с клапанами. Они легко открываются при ходе вверх и смыкаются при толчке.
Стоит сказать, что такая, казалось бы, известная более двух тысяч лет вещь, как клапан, является одной из нерешенных технических проблем. Новые конструкции клапанов патентуются ежемесячно, но придумать нечто действительно совершенное в этой области удается редко. В последний раз это сделал в 40-е годы советский инженер Френкель. Компрессоры, оснащенные его клапанами с очень низким сопротивлением потоку, сразу же увеличивали свою производительность на 50 %. Именно их мы изобразили на ластах.
Клапан (рис. 3) состоит из упругого стального язычка и седла обтекаемой формы. В одну сторону поток отодвигает язычок и течет, почти не встречая сопротивления. Поток же, текущий в обратном направлении, мгновенно прижимает язычок к седлу. Но можно, наверное, обойтись и без клапана.
Рис. 3
Вспомним классический опыт.
Если аккуратно налить воду в промасленное решето, она из него не вытечет. Решето сможет плавать и при достаточных размерах даже выдержит вес человека. А теперь представьте себе ласту, выполненную в виде гипотетического решета. При толчке оно отталкивает воду, не пропускает через свои ячейки, а во время обратного хода ноги материал меняет свои свойства и начинает смачиваться водой. Решето становится проницаемым.
Управлять проницаемостью ячеек решета можно, например, подачей на них электрического напряжения или опрыскивая их раствором мыла. Наверняка существуют и другие физические эффекты. Стоит их поискать в литературе. В случае успеха окажется, что человек будет ходить по воде на принципах водомерки и болотной птицы одновременно.
При достаточном упорстве у вас все обязательно получится. А пока напомним последний абзац из «Бегущей по волнам» Александра Грина.
«Добрый вечер! — услышали мы с моря. — Добрый вечер, друзья! Не скучно ли вам на темной дороге? Я тороплюсь, я бегу…»
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Тайны давления
«Атмосферное давление» и «закон Паскаля», «сообщающиеся сосуды» — интереснейшие темы начального курса школьной физики. Они позволяют рассказать немало интересных историй и показать серию любопытных демонстраций. Грех этим не воспользоваться!