Определяем расстояние под водой
Понятно, что дайверы не ныряют с закрытыми глазами — как далеко он сможет видеть под водой, что он видит, насколько правильно он определят расстояние к предметам — все это, и еще многое другое, зависит от видимости под водой. Так что же это такое? К примеру, когда человек говорит, что видимость 20 метров то он, как правило, подразумевает, что видит равномерно и адекватно на 20 метров (на все направления). Но нужно уточнить — такая видимость бывает, только если человек находится на суше, а вот вода может устроить совершенно необыкновенные фокусы со светом.
Несмотря на общепринятые дайвинг конвенции, на самом деле не представляется возможным установить точную и единую цифру для четкого определения границ видимости, поскольку все это будет зависеть от нескольких факторов, причем — постоянно меняющихся. Так, во время дайвинга дайвер видит тигровую акулу на противоположном конце самой границы видимости. Определить сразу на каком расстоянии от дайвера находится акула не так просто, поскольку сама граница видимости зависит от многих фаторов — какая глубина, какое время суток, откуда дайвер смотрит, на что и куда он смотрит.
Видимость лучше тогда, когда света на суше больше. Понятно, что при пасмурной погоде видимость будет значительно меньше, чем при ясной погоде. Так же на уровень проникновения света под воду большое влияние оказывает и сама позиция солнца в то или иное время суток. Максимальное проникновение солнечных лучей в воду — если угол их проникновения равен 90 градусам. Основываясь на общей закономерности, увеличение границы видимости происходит с утра и до обеда, а снижение, соответственно, с обеда и к вечеру. Лучшее время для погружений — послеобеденное, в солнечную погоду.
Солнечные лучи каждые три метра воды абсорбируются и рассеиваются, и только 18% их доходит до глубины 18 метров. К одному и тому же предмету видимость на глубине в 6м. и при расстоянии в 12 м. будет такая же, как при глубине в 12 м и расстоянии в 6 м. Естественно, чем ближе к мелководью — тем видимость лучше, особенно если у мелководья дно из белого песка, которое дополнительно отражает свет наверх. Необходимо учитывать и контрастность непосредственно с окружающей средой. Темная рыба будет по разному выглядеть на светлом фоне и на фоне темной пещеры.
Граница видимости может колебаться от 15 до 61 метра. Такой разрыв обусловлен и количеством света, и уровнем глубины, и контрастностью в окружающей среде. Безусловно, на видимость влияет и степень прозрачности воды. Понятно, что в мутной воде, где намешано и песок, и ил, и грязь, и солевые ионы видимость может быть даже нулевой. Все потому, что и планктон, и грязь, и ил — приостанавливают, пусть даже временно, абсорбирование света в воде, но при этом отражают свет, который проходит сквозь них, при этом делая образы неточными и темными. Также нужно добавить, что, дополнительно, на видимость оказывает влияние и температура воды, и количество солнечных лучей, и количество кислорода, и подъем на поверхность глубинных волн.
Когда поток света преломляется сквозь воду — возникают оптические иллюзии. И не всегдая человек может быть уверен в том, что он видит — чаще всего объект может быть меньше или больше, короче или же длиннее, дальше или ближе. Очень похоже на эффект кривого зеркала. Плюс, человеческое воображение способно само дорисовать картинку всего лишь по очертаниям. Но воображение может и обмануть.
Известно, что вода имеет свойство увеличивать образы, делать их больше, чем на самом деле. И находиться они могут ближе, чем мы думаем. Так, нам кажется, что мы может сию минуту ухватить кальмара, а в действительности он и меньше в размере и дальше, чем мы думали. Однако, при более длинных расстояниях человеческое воображение начинает свою собственную игру — «реверсивное видение».
Так, к примеру, китовая акула хоть и выглядит больше, чем есть (не забываем про увеличение объектов под водой), нам кажется, что она еще очень далеко, а на самом деле все наоборот. Дело в том, что человеческое воображение и под водой определяет расстояние так же, как если бы мы находились на суше. Человек сравнивает размер знакомого объекта с размером, каким он был бы на расстоянии, то есть -с уменьшенным размером. Но под водой не так уж и много объектов, размер которых нам был бы знаком.
Нужно еще учитывать и тот факт, что завышая расстояние до объекта, мы одновременно завышаем и размер самого объекта. Наше воображение говорит о том, что раз акула кажется нам крупной, но при этом, как нам кажется, она находится далеко, значит на самом деле она просто огромная. Вот отсюда и появляются истории о рыбах, просто невероятных размеров.
Источник
Физические основы погружения
Вопрос 1: Физические основы погружения
- Плавучесть
- Давление
- Давление, объем, плотность
- Температура
- Свет
- Цвет
- Видимость
- Звук под водой
ПЛАВУЧЕСТЬ
ПРИНЦИП ПЛАВУЧЕСТИ (ЗАКОН АРХИМЕДА)
Объект, помещенный в воду, выталкивается вверх силой, равной весу воды, которую он вытесняет.
Если масса вытесняемой предметом воды больше его собственной массы, он плавает по поверхности, т.е. он обладает положительной плавучестью.
Если масса вытесняемой предметом воды меньше его собственной массы, он тонет, т.е. он обладает отрицательной плавучестью.
Если масса вытесняемой предметом воды равна его собственной массе он не всплывает, но и не тонет, он зависает в толще воды, т.е. он обладает нейтральной плавучестью.
Если плавучесть изменяется и предмет стремиться к поверхности, значит, плавучесть увеличивается.
Если плавучесть изменяется и предмет погружается, значит, плавучесть уменьшается.
УПРАВЛЕНИЕ ПЛАВУЧЕСТЬЮ
Осуществляется тремя элементами:
- Жилетом компенсатором плавучести
- Свинцовыми грузами
- Объемом легких
СВОЙСТВА ВОДЫ
Соленая вода тяжелее пресной за счет растворенной в ней соли.
Объем вытесняемой предметом воды одинаковый, в пресной и в соленой воде.
При одинаковом объеме, вес вытесненной соленой воды больше чем пресной, соответственно плавучесть в соленой воде больше, чем в пресной.
ДАВЛЕНИЕ
Давление – это сила, приложенная к поверхности определенной площади. Если, при той же силе площадь удваивается, давление уменьшается вдвое.
На поверхности моря человек испытывает давление воздушного столба высотой 150 км., если взять столб площадью 1 см2, то создаваемое им давление будет равно 1 АТМ.
Атмосферное давление равно по величине тому, которое оказывает столбик ртути высотой 760 мм или столбик пресной воды высотой 10,33 м.
Для простоты расчетов на практике за единицу давления принимают условную техническую атмосферу давление 10 метрового водного столба. Таким образом, гидростатическое давление, т.е. давление водного столба увеличивается в морской воде на 1 атм при опускании на каждый десяток метров. Сумма атмосферного и гидростатического давлений называется абсолютным давлением.
Например, на глубине 30 м оно равно Рабс = Ратм + Ргидр =1+3=4 атм.
ДАВЛЕНИЕ, ОБЪЕМ И ПЛОТНОСТЬ
При увеличении давления, плотность воздуха возрастает прямо пропорциональна давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза плотность воздуха возрастает в 2 раза.
При увеличении давления объем воздуха уменьшатся обратно пропорционально давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза объем уменьшится в 2 раза.
ТЕМПЕРАТУРА
Температура тела живого и здорового человека, которая колеблется около 36,6 “С, выше температуры воды.
При нахождении пловца в воде возникает теплоотдача — мощный поток тепловой энергии из организма в окружающую воду.
Теплоемкость воды в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз выше, чем у воздуха. Все это ведет к большим теплопотерям организма и переохлаждению, что может закончиться потерей сознания и даже смертью. Поэтому время пребывания человека в воде, даже в тропически теплой, ограничено.
Как правило, температура воды постепенно понижается с глубиной, достигая в глубоководных зонах примерно 3—4 Гр , а в полярных областях опускается до нуля уже на глубине 30 м. Нередко поверхностные водные массы, прогретые солнышком, в силу разных свойств отделены от холодных масс четкой видимой границей — термоклином.
Термоклин в виде тонкого (1 —2 м высотой), мутного слоя — явление достаточно забавное. Иногда случается, что голова подводника наслаждается теплом в 10 — 12 “С, а пальцы ног немеют в ледяной воде под термоклином. Сезонный термоклин четко выражен в озере Байкал и наших северных морях. Иногда водные массы имеют мозаичное распределение, и тогда холодные и теплые слои чередуются.
Для уменьшения тепловых потерь подводники создают прослойку воздуха или нагретой воды между телом и окружающей водой при помощи защитной спецодежды — гидрокостюма.
СВЕТ
Наши глаза в водной среде менее эффективны, чем на суше. Это следствие явление рефракции. Оно заключается в преломлении и отражении световых лучей на границе двух сред с различными плотностями. В роговице, хрусталике и стекловидном теле глазного яблока лучи преломляются таким образом, что фокусируют изображение видимого объекта на сетчатой оболочке задней стенки глазного яблока. Сетчатка же, состоящая из чувствительных клеток — палочек и колбочек, преображает световые сигналы в нервные, которые проходят по глазному нерву в анализирующий центр мозга.
Коэффициент преломления солнечных лучей в воде приблизительно равен таковому в глазах человека. Поэтому они слабее преломляются в роговице, и изображения предметов фокусируются где-то за сетчаткой, оставляя на ней лишь неясные образы. Для устранения дефекта мнимой дальнозоркости, используют маску, которая создает воздушную прослойку между глазом и окружающей водной средой. Теперь лучи перед попаданием на глаз проходят через слой воздуха, что возвращает эффективность зрению. Однако проходящие через стеклянную маску лучи преломляются еще перед рефракцией в глазных структурах, искажая действительность: все предметы кажутся крупнее и ближе приблизительно на 25%. Начинающим подводникам приходится привыкать к постоянному обману зрения под водой.
ВИДИМОСТЬ
Световые лучи, входящие в воду, не только отражаются и поглощаются, но и частично рассеиваются. Чем больше взвешенных частиц в воде, тем сильнее световое рассеивание и тем хуже видимость под водой. Так, высокая прозрачность в открытом океане обусловлена скудостью планктона и отсутствием органической донной взвеси. А вот видимость в устьях рек, воды которых несут в море громадную массу взвешенной органики, близка к нулю. Во многих морях и озерах прозрачность имеет сезонную динамику. Например, часто можно услышать в разговоре выражение “вода зацвела” — это значит, что она прогрелась до определенной температуры, и одноклеточные водоросли стали бурно размножаться, создавая взвесь и уменьшая прозрачность. Скажем, в озере Байкал весной и в начале лета видимость под водой достигает 40 м, и мелкие детали живописных подводных скал, круто уходящих на километровую глубину, отлично просматриваются с борта моторной лодки. В конце июня прогретая на поверхности вода “зацветает” — масса водорослей понижает видимость до расстояния вытянутой руки. Прогретые массы, однако, держатся в поверхностном слое 15 — 20 м высотой, а под термоклином сохраняется байкальская ледяная вода, хрустально—прозрачная и чистая.
Рассеяние световых лучей приводит к постепенному понижению освещенности с глубиной. Скорость затемнения зависит от прозрачности воды. В тропических морях с хорошей видимостью так светло, что глубину в 40 м можно не заметить, если не следить по приборам. В Белом море сумерки наступают на 20 м, а на 40 уже черно, как в фотокомнате.
ЦВЕТ
Мы с вами живем в мире белого света, который на самом деле состоит из многих цветовых составляющих, обусловленных волнами разной длины. Вода поглощает их неодинаково, поэтому цветовой спектр под водой сильно изменяется. Так, в чистой океанской воде:
- красные лучи поглощаются на глубине 5м;
- оранжевые лучи поглощаются на глубине 10м;
- желтый лучи поглощаются на глубине 20м;
- зеленые лучи поглощаются на глубине 40м;
- голубые лучи поглощаются на глубине – 50 м.
Для того, чтобы ваш партнер или страхующий лучше вас видел, рекомендуется использовать гидрокостюмы и снаряжение ярких расцветок. Только помните, что многие цвета, ласкающие глаз ядовитой тональностью на земле, в воде теряют яркость. Например, красный становится темно-фиолетовым, и вскоре вообще превращается в черный. Поэтому многие предметы легководолазного снаряжения окрашены желтым: полосы на гидрокостюмах, баллоны многих аквалангов, дополнительные легочные автоматы.
ЗВУК ПОД ВОДОЙ
На суше мы нередко ориентируемся в пространстве по звукам, поскольку расположение их источника определить, как правило, нетрудно. Подводники, увы, этим похвастаться не могут. Если источник звука находится над поверхностью воды, звуковые волны отражаются от нее, не проникая на глубину.
Бесполезно что — либо сверху кричать пловцу, который уже погрузился под воду.
В водной среде звуковые волны распространяются во всех направлениях, а их скорость увеличивается в 4 раза. Это создает массу неудобств. Например, аквалангист не сможет определить по шуму мотора, где и на каком расстоянии движется лодка. Потеряв из виду партнера в мутной воде, можно слышать вблизи его дыхание и клокотание выдыхаемых пузырей из легочного автомата, но так и не обнаружить того, кто их пускает. Щелканье и пронзительные крики дельфинов наполняют собой все окружающее пространство, но сами животные могут появиться с самой неожиданной стороны.
Источник
Почему под водой предметы кажутся больше? Клуб почемучек
В сегодняшнем выпуске я буду отвечать на вопрос мамы Риты и ее дочки Ани: «Почему абрикосы в банке кажутся большими?«
Во время закатки абрикос на зиму, Рита с Аней заметили, что в банке размеры фруктов значительно увеличились. Думаю, многие дети во время купания в ванной или на море тоже замечали, что размеры под водой кажутся больше, чем на самом деле. Кроме того, те, кто хоть раз пытался что-нибудь достать из-под воды замечал, что расстояния в воде обманчивы. Почему так происходит, я и расскажу в сегодняшнем занятии.
Давайте проведем опыт и проверим, действительно ли предметы увеличиваются? Абрикосового компота дома у нас не нашлось, поэтому мы взяли вместо них небольшие мячики.
| Материалы для опыта |
 |
| Измеряем линейкой видимую ширину мячика (чтобы плоской линейкой измерить выпуклый шарик, надо во время измерения зажмурить один глаз) |
 |
| Если малыш еще не умеет измерять по линейке, можно для наглядности взять бумажную полоску и отмечать ширину маркером) |
 |
| Кладем мячик в пустую банку и сравниваем его ширину с отметкой на бумажке. Его размер остался практически тем же, что и был. Значит, сама банка тут не важна. |
 |
| Доливаем в банку воду и снова проверяем ширину. Видимый размер мячика значительно увеличился! Он «вырос» где-то на четвертинку. И все благодаря тому, что мы смотрим на него через воду. |
| Да и без измерений видно, что шарики в банке стали выглядеть гораздо больше |
Виновато во всем преломление света. Хотя выпуклый бок банки тоже вносит свой вклад. Он дополнительно увеличивает и к тому же искривляет изображения предметов, расположенных внутри банки. Но как мы узнали, это вклад не так значителен, как то, что дает преломление света в воде.
Что же такое это самое «преломление»?
Преломление света — это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред. А если сказать проще, то происходит следующее. Лучи солнечного света, падая на банку и абрикосы в ней, отражаются, и часть этих отраженных лучей попадает нам в глаз. Под воздействием света сетчатка глаза (специальный светочувствительный слой) посылает сигналы в мозг, и там формируется изображение банки с абрикосами. А мы говорим «глаз видит». Лучи света обычно попадают к нам в глаз по воздуху. Без всяких отклонений. Поэтому мы видим предметы такими, какие они есть. Но если лучик проходит через разные среды (т.е. разные вещества: например, воздух и воду, воду и стекло и т.д.), то он отклоняется от своего пути. И попадает на сетчатку глаза не там, где должен быть, а чуть-чуть в стороне. Вот и получается, что мы видим предмет чуть-чуть больше (или меньше, это уже от сред зависит), чем он есть на самом деле.
Давайте познакомимся поближе с преломлением света в разных средах и проведем несколько простых и эффектных опытов. демонстрирующих его свойства.
Опыт 1. Палочка сломалась?
Самое простое — это опустить в стакан с водой палочку или ложку и посмотреть, что с ней случилось. Она сломалась? Нет, это и есть «преломление». Лучи света от той части соломинки, которая находится над водой формируют изображение соломинки в глазу немного дальше, чем те, которые идут от подводной части. Вот и получается, что эти две части перестали совпадать.
| Демонстрация преломления света |
Опыт 2. Как сделать видимым дно чашки?
Второй опыт даже не опыт, а фокус. Попросите малыша приклеить кусочек пластилина ко дну чашки (1). Пусть он сядет так, чтобы дно чашки и приклеенный кусочек ему не были видны (2). И объявите ему, что вы сможете с помощью волшебной воды сделать так, что он увидит кусочек пластилина не сходя с места. Раз-два-три, наливаем воды. Кусочек пластилина и вправду стал виден! Спросите малыша, понял ли он, как это произошло? Все дело опять в преломлении света на границе воздух-вода. Сначала лучи света от пластилина в глаз не попадали, им мешал бортик чашки. А когда мы налили воду, они стали отклонятся и проходить выше бортика чашки. Поэтому и пластилин стал виден.
| Как сделать видимым дно чашки при помощи преломления |
Опыт 3. Преломление в разных средах
Преломление может происходить не только на границе вода-воздух, но и масло-воздух. например. Давайте посмотрим, одинаково ли это происходит? Нальем в один стаканчик воду, в другую растительное масло и положим в стаканчики одинаковые палочки.
| В разных жидкостях преломление разное |
Если присмотреться, то мы увидим, что в масле палочка «искривилась» сильнее, чем в воде. Значит, на границе масло-воздух свет преломляется сильнее, чем на границе вода-воздух. Физики в таких случаях говорят, что у масла коэффициент преломления выше, чем у воды. Посмотрим в специальных таблицах, то увидим, что так оно и есть. У воды коэффициент преломления — 1,334, а у подсолнечного масла — 1,47. У воздуха коэффициент преломления практически равен единице (а точнее, 1,000292), у стекла 1,5 — 1,6.
Мы видим прозрачные предметы только благодаря тому, что коэффициенты преломления воздуха и материала из которого они состоят (стекло, пластик, вода) различаются. Если бы мы сделали прозрачный материал, коэффициент преломления которого такой же как у воздуха, то он стал бы полностью невидимым!
В одном детективном романе преступник так спрятал бриллиант, что его не могли найти полицейские сыщики. И только частный детектив догадался, что бриллиант лежит в аквариуме, где он совершенно не виден. Это могло произойти, если бриллиант был такой чистоты, что его коэффициент преломления совпал с коэффициентом преломления воды. Если у вас дома есть бриллианты, то можете попробовать сами провести такой опыт 🙂 У нас нашелся только пластмассовый прозрачный кристалл, но при опускании его в воду он был прекрасно виден.
Но если взять более подходящие среды, то может получиться очень интересный опыт.
Опыт 4. Фокус с исчезающим стаканом.
Нам понадобится:
Прозрачные стаканы — большой и маленький (маленький должен помещаться в большом)
Подсолнечное масло.
Демонстрация:
1. Берем маленький стакан, наполняем маслом и ставим его в большой. Стакан прекрасно видно, не правда ли?
2. А теперь под слова заклинания начинаем доливать масло, пока оно не заполнит и большой стакан и не накроет маленький
3. Мы видим, что маленький стакан полностью исчез, растворился в большом стакане с маслом. Как такое может быть?!
| Фокус с исчезновением стакана |
Объяснение опыта:
Конечно, никуда маленький стакан не исчез. Просто он стал невидимым в масле. Спросите малыша, почему? Правильно, потому что коэффициент преломления стекла и подсолнечного масла почти одинаковые.
Надеюсь, Рите с Аней понравятся эти опыты и фокусы 🙂
А на следующей неделе я буду отвечать на вопрос » Что быстрее, машина или поезд? «. Не пропустите очередной выпуск «Клуба почемучек»!
Источник
