Чому болото засмоктує?
Здавалося б усім зрозумілий і рядове питання - чому болото засмоктує? Насправді цей процес не такий простий як здається, і можливо ви дізнаєтеся для себе щось нове.
По-перше, болото, яке засмоктує називається трясовину. Воно здатне затягувати тільки живі об`єкти. Трясовина утворюється на основі озер зарастанием зеленим килимом моху і водоростей, не у всіх болотах.
Виникненню болота сприяють 2 причини: заростання водойми або заболочування суші. Болоту характерна надмірна вологість, постійне відкладення не до кінця розклалася органічної речовини - торфу. Здатні засмоктувати об`єкти не всі болота, а тільки ті, в яких утворилася трясовина. Трясовину болото утворюється на місці озера. Лілії, латаття і очерет на поверхні озера розростаються з часом в щільний килим на поверхні водойми. Разом з цим на дні озера розростаються водорості. У міру формування хмара водоростей і моху піднімається з дна до поверхні. Через відсутність кисню починається гниття, утворюються органічні відходи, які суперечать воді і утворюють трясовину.
Трясовина засмоктує живі об`єкти. Пояснюється це її фізичними властивостями. Трясовина відноситься до класу бінгамовскіх рідин, фізично описаних рівнянням Бінгама-Шведова. При попаданні на поверхню об`єкта з невеликою вагою, вони поводяться як тверді тіла, тому предмет занурюватися не буде. Коли об`єкт має досить велику вагу, він тоне.
Є 2 види занурення: недопогруженіе і перепогруженіе. Поведінка тіла, що потрапив в рідину, підпорядковується співвідношенням впливу сили тяжіння і сили, що виштовхує Архімеда. Тіло буде занурюватися в трясовину до тих пір, поки сила Архімеда не зрівняли з його вагою. Якщо виштовхуюча сила менше ваги, то відбудеться недопогруженіе об`єкта, якщо більше, то - перепогруженіе.
Чому перепогруженію піддаються тільки живі об`єкти? Все тому, що такі об`єкти постійно рухаються. А що якщо завмерти? Чи припиниться занурення? На жаль, це лише сповільнить занурення, адже живе тіло рухається завжди, оскільки воно дихає. Неживі ж об`єкти залишаються нерухомими, тому повністю не занурюються. Перепогруженіе в трясовину і є засмоктування болота. Чому ж рух тіла прискорює занурення? Будь-який рух - це додаток сили, що збільшує силу тиску на опору. Воно обумовлено вагою об`єкта і силою тяжіння. Різкі рухи - причина утворення під тілом областей зниженого тиску. Ці області приведуть до збільшення атмосферного тиску на живий об`єкт, що ще більше занурить його.
Тому, фізичне визначення слову «засмоктування болота» виглядає так: бінгамовская рідина (трясовина), намагається перевести потрапив в неї живий об`єкт на рівень нижче нормального занурення, при якому сила Архімеда менше тіла. Процес засмоктування незворотній. Потонуло тіло навіть після припинення життєдіяльності не спливе.
Крім теоретичного інтересу, вивчення фізичних процесів, що відбуваються на болоті, має практичне значення: на болотах гине багато людей, які могли б залишитися в живих, якби вони були краще інформовані про підступних властивості трясовини. А властивості ці дійсно дуже підступні. Трясовина подібна хижачці. Вона по-різному реагує на що потрапляють в неї живі і неживі об`єкти: не чіпає мертве, але засмоктує все живе. Це властивість трясовини заслуговує на особливу увагу і буде цікавити нас в першу чергу. Для початку опишемо його докладніше.
У першому наближенні трясовину можна вважати рідиною. Тому на потрапили в неї тіла повинна діяти архимедова виштовхує сила. Це дійсно так, і предмети навіть великої щільності, що перевищує щільність людського тіла, в трясовині не тонуть. Але варто потрапити в неї людині або іншій живій істоті - їх «засмокче», т. Е. Вони цілком поринуть в трясовину, хоча їх щільність менше щільності що не тонуть в трясовині предметів.
Питається, чому трясовина поводиться настільки несподіваним чином? Як вона відрізняє живі об`єкти від неживих?
Щоб відповісти на ці питання, нам доведеться докладніше зупинитися на вивченні фізичних властивостей трясовини.
Про плаванні тел в ньютонівських рідинах
Розглянемо як плаває тіло в ньютонівських рідинах, наприклад у воді. Піднесемо до поверхні води тіло, щільність якого менше її щільності, і відпустимо його. Через деякий час встановиться стан рівноваги: тіло буде завантажено до такого рівня, при якому архимедова виштовхую-щая сила в точності дорівнює вазі тіла. Це стан рівноваги є стійким - якщо на тіло подей-відати зовнішньою силою і втопити його глибше (або НАО-борот, підняти вгору), то після припинення дейст вія сили воно повернеться в попереднє положення. Рівень занурення, при якому архимедова сила дорівнює, ве-су, ми будемо називати рівнем нормального погру-жении.
Зверніть вашу увагу на те, що рівень нормаль-ного занурення визначається тільки співвідношенням щільності і не залежить від в`язкості рідини. Якби болотна трясовина була просто ньютонівської рідиною з великою в`язкістю, вона була б не дуже небезпечна. При розумному поведінці на її поверхні можна було б триматися досить довго. Згадайте, як поводяться втомлені плавці, якщо вони хочуть відпочити прямо у воді? Вони перевертаються на спину, розкидають руки і лежать нерухомо стільки, скільки хочуть. Оскільки щільність води менше щільності трясовини, то аналогич-ним чином можна було б довго лежати на поверхні трясовини, і в`язкість цього, особливо не заважала б. Можна було б не поспішаючи обміркувати ситуацію, прийняти наилуч-шиї рішення, спробувати обережно гребти руками, намагаючись потрапити до твердого місця (ось тут в`язкість була б перешкодою), нарешті, просто чекати допомоги. Виштовхуюча сила надійно тримала б людини на поверхні болота: якщо в результаті необережного руху людина занурився б нижче рівня нормаль-ного занурення, архимедова сила все одно виштовхнула б його назад.
На жаль, насправді все набагато гірше. У людини, що потрапила в трясовину, немає часу ні на роздуми, ні, тим більше, на очікування. Трясовина є неньютоновской рідиною і її бінгамовскіе властивості кардинально змінюють ситуацію.
Про плаванні тел в бінгамовскнх рідинах
Піднесемо тіло до поверхні бінгамовской рідини і опустимо його. Якщо тіло досить легке і чиниться їм тиск мало, то може статися так, що виникають в рідині напруги будуть менше порога плинності і рідина буде вести себе як тверде тіло. Тобто предмет може стояти на поверх-ності рідини і не занурюватися.
З одного боку, це начебто добре. Саме благо-даруючи цій властивості всюдиходи з малим тиском на грунт легко долають непрохідні для людини болота. Та й людина, за допомогою спеціальних «болотних лиж» або мокроступи може знизити тиск на грунт і відчувати себе на болоті у відносній безпеки-ності. Але у цього явища є і інша сторона. Уже сам факт того, що занурення тіла припиняється при наявності нерівності ваги і сили Архімеда, насторожує - все відбувається не так, як зазвичай. Уявімо собі, що вага нашого тіла досить великий і воно почне погру-тулитися. Доки буде відбуватися це занурення? Ясно, що не до тих, коли архимедова сила зрівняється з вагою. При зануренні тіла архимедова сила буде частково компенсувати вагу, тиск на грунт буде зменшуватися і настане момент, коли напруги знову стануть менше to. При цьому бінгамовская рідина перестане текти і тіло зупиниться раніше, ніж архимедова сила стане дорівнює вазі. Такий стан, коли архим-дова сила менше ваги, але далі тіло не занурюється, називається станом недопогруженія (див. ріс.а).
А.теперь - саме глав-ве. Якщо в рідині можливі стану недопогруже-ня, то з тих же причин можливі і стану пере-занурення, в яких архимедова сила більше ваги, але тіло не спливає (рис. в). Пам`ятайте, що відбувалося вньютоновской рідини? Якщо в результаті будь-яких дій людина опускався нижче рівня нормального занурення, то архимедова сила ставала більше ваги і повертала його назад. У бінгамовской рідини нічого аналогічного (при досить великому т0) не про-виходить. Занурившись в результаті будь-яких неостиглого-рожніх дії, ви вже не спливе назад, а будете перебувати в перепогруженном стані. Процес «утопанія» в трясовині виявляється необоротним. Тепер можна додати більш точний сенс слова «засмоктування». Воно означає прагнення трясовини втопити живі об`єкти нижче рівня нормального занурення - в перепогруженное стан.
Нам залишилося зовсім небагато - розібрати, чому болотна трясовина засмоктує, т. Е. Захоплює в перепогруженное стан тільки живі об`єкти.
причини перепогруженія
Живі об`єкти перепогружаются тому, що, потрапивши в трясовину, вони рухаються, т. Е. Змінюють взаємне розташування частин свого тіла. Це веде до перепогруженію з чотирьох причин.
Причина перша. Уявіть, що у вас в руках важки-лий вантаж і ви починаєте його піднімати. Щоб повідомити йому прискорення вгору, ви повинні подіяти на нього з силою, яка перевершує вагу цього тіла. Відповідно до третього закону Ньютона сила, що діє на ваші руки з боку вантажу, теж буде більше його ваги. Тому сила, з якою ваші ноги тиснуть на опору, збільшиться. Якщо ви стоїте в трясовині, то спроба підняти вантаж, який ви тримаєте в руках, призведе до того, що ноги потонуть в трясовині глибше.
А якщо вантажу в руках немає? Принциповою боку справи це не міняє - рука має масу, і тому сама є вантажем. Якщо ви перебуваєте на рівні нормального занурення, то спроба просто підняти руку призведе до перепогруженію. В даному випадку перепогруженіе буде дуже незначно, але воно буде незворотнім, і багаторазові руху можуть привести до перепогруженію на велику величину.
Причина друга. Трясовина має велику клейкість і щоб відірвати, наприклад, руку від поверхні трясовини, потрібно прикласти силу. При цьому тиск на опору зростає і буде відбуватися перепогруженіе.
Причина третя. Трясовина є в`язкою середовищем і чинить опір рухомим в ній предметів. Якщо ви спробуєте витягнути Загрузлі руку, то при її русі ви повинні будете подолати сили в`язкості, і тиск на опору зростає. Знову відбудеться перепогруженне.
Причина четверта. Всі добре знають, що при висмикуванні ноги з багнюки чути характерний хлю-Пающіє звук - це атмосферне повітря заповнює залишений ногою слід. Як ви думаєте, чому такого звуку не чути при витягуванні ноги з води? Відповідь досить очевидна - вода має малу в`язкість, тече швидко і встигає заповнювати простір під рухається вгору ногою. Бруд має набагато більшу в`язкість і сили, що перешкоджають переміщенню одних верств щодо інших, для неї більше. Тому бруд тече повільно і не встигає заповнювати простір під ногою. Там утворюється «порожнеча» - область зниженого тиску, не зайнята грунтом. При витягуванні ноги з багнюки ця область повідомляється з атмосферою, в неї вривається повітря і в результаті чути той самий звук, про який ми говорили раніше.
Таким чином, наявність хлюпає звуку говорить про те, що при спробі звільнити загрузли у багнюці ногу доводиться долати не тільки сили, обумовлені липкостью і в`язкістю, але і сили, пов`язані з атмосферним тиском.
При різких рухах людини, що потрапила в тря-сину, під переміщаються в трясовині частинами тіла бу-дуть виникати області зниженого тиску, і атмосферний тиск буде з великою силою тиснути на людину вниз, запихаючи його в перепогруженное стан.
Спільна дія всіх чотирьох причин призводить до наступного ефекту: зміна форми потрапив в трясовину тіла веде до його перепогруженію.
Тепер багато стало ясно. Неживі тіла при попаданні в трясовину не змінюють своєї форми і причини для їх перепогруженія відсутні. Такі тіла трясовина НЕ засмоктує, вони, потрапивши в трясовину, залишаться в стані недопогруженія. А живі істоти, потрапивши в трясовину, починають боротися за своє життя, борсатися, що відразу призводить до їх перепогруженію. Це і є «засмоктування». Відповідь на питання, поставлене на самому початку, отриманий. Однак цього мало. Як же все-таки врятуватися, як використовувати результати даного розгляду для вироблення практи чеських рекомендацій тим, хто потрапив у трясовину.
На жаль, але в цьому напрямку вдається зробити набагато менше, ніж хотілося б. Якщо не розглядати фанта-стических і полуфатастіческнх проектів ( «миттєво надуваються повітряна куля, що витягає людини з трясовини», «речовина, що викликає затвердіння болота») і т.д.), то ситуація виглядає безрадісним.
Як же можна вибратися з трясовини?
Головне правило, яке потрібно знати кожному, - це не робити ніяких різких рухів, опинившись в болоті. Якщо в болото засмоктує повільно, є всі шанси врятуватися. По-перше, опинившись в болотистій місцевості, потрібно обзавестися палицею, бажано, щоб вона була широкою і міцною, тобто справжній брусок. Ця палиця може виявитися вашим порятунком, тому вибирати її потрібно ретельно, а не брати перший-ліпший під руку сучок. Якщо ви потрапили в болото, зсковзнувши з купини, то вас, швидше за все, швидко засмокче, так як за інерцією ви будете продовжувати свій рух, допомагаючи тим самим трясовині, тому падати краще на живіт або спину, так вас буде засмоктувати набагато повільніше.
Якщо ви не дуже швидко йдіть під воду і у вас є палиця, то її слід акуратно покласти перед собою, добре, якщо до найближчої твердині не більш півметра, тоді кінець палиці впаде на землю і вам буде легше вибратися. Але навіть якщо палиця повністю лежить в болоті, вам необхідно вчепитися в неї і постаратися перенести свій центр ваги на цю палицю, таким чином у вас вийде щось на кшталт містка і ви зможете вибратися на сушу або чекати допомоги, не ризикуючи остаточно піти в мул.
Якщо у вас під рукою немає абсолютно нічого такого, що могло б послужити вам важелем, постарайтеся зайняти горизонтальне положення. Робіть це якомога акуратніше, обережніше переміщаючи свій центр ваги з ніг на тулуб, якщо вам вдасться це зробити, то маса вашого тіла значно зменшиться і вас перестане затягувати в болото. У такому положенні ви можете чекати підмоги. Але, перебуваючи в болоті, ні в якому разі не можна робити різких рухів, махати руками і намагатися смикати ногами, від цього вас ще більше засмокче безодня.
Знаходяться в такому положення не можна навіть голосно кричати, закликаючи на допомогу, і тим більше розмахувати вільними кінцівками. Якщо верх вашого тулуба ще на свободі, то потрібно зняти з себе куртку або плащ і кинути його на поверхню болота, по ньому також можна вибратися, він не дасть можливості болоту засмоктати вас.
Якщо в болото засмоктує дуже швидко, то допомогти може тільки стороння людина, він повинен кинути мотузку чи палицю, по якій людина, що потрапила в болото, зміг би вибратися на тверду поверхню. Іноді для того щоб витягнути одну людину з болота, потрібно не менше трьох осіб на суші, так як сила засмоктування у болота дуже велика. Слід також пам`ятати, якщо людину тягнуть з болота, то його ні в якому разі не можна відпускати, щоб зробити перепочинок, злегка відпущений людина моментально піде в трясовину, отримавши додаткову енергію з суші при відштовхуванні. Захід порятунку має відбуватися активно і без затримок. Тоді успіх буде забезпечений.
