ЦТТ "Городской" г.Липецка

Как-то я предложил вам провести несколько опытов, которые познакомили вас с основными механическими свойствами грязи. В частности: чем она отличается от обычных жидкостей и известных нам твердых тел и чем на них похожа, а также какова связь грязи — если можно так сказать — с законом Архимеда.

Результаты наших простых опытов показывают, что под действием небольших сил грязь ведет себя как твердое тело, но когда действующие на нее силы превышают определенное значение, она расступается как обычная, но очень вязкая жидкость. Так как критическое значение силы (при которой грязь теряет характер твердого тела, а приобретает характер жидкости) зависит от величины тела, посредством которого эта сила действует на грязь, то для точности мы будем говорить не о силе, а о напряжении (механическом).

Следовательно, повторим, грязь под действием небольших напряжений ведет себя как твердое тело, а когда напряжения превышают определенное критическое (для данного вида грязи) значение, ведет себя как обычная, но очень вязкая жидкость.

Вещества с такими свойствами ученые назвали жидкостями Вингама. От обычных жидкостей они отличаются не столько очень большой вязкостью, сколько именно наличием критического значения напряжения. Отдел механики, изучающий свойства таких необыкновенных веществ, носит название реологии (по-гречески rheos — теку и logos — слово, наука, то есть наука о текучести).

Из факта, что болотная грязь является жидкостью Вингама, вытекает важный вывод: при изучении поведения тел, погруженных в болото, нужно осторожно пользоваться законом Архимеда. В балансе сил, действующих на такое тело, наряду с весом и силой вытеснения следует учитывать еще силы, связанные со значительной вязкостью грязи.

Представьте себе твердое тело (например, брусок), наполовину погруженное в болото. Тело неподвижно, и может показаться, что оно находится в состоянии равновесия, когда вес тела уравновешивается силой вытеснения. Погрузите мысленно брусок немного глубже. Чтобы это сделать, нужно воздействовать на тело определенной конечной силой, то есть создать напряжение, превышающее критическое значение. И если это критическое значение для данного вида грязи превысить, участок болота растечется под нажимом тела как обычная жидкость. А теперь перестаньте нажимать. Напряжение снизится до значения, меньшего, чем критическое, и болото поведет себя как твердая среда, и брусок останется в состоянии более глубокого погружения. Обратите внимание: вес тела не изменился, сила вытеснения возросла, а тело стоит на той глубине, на которую его погрузили. Что мешает ему вернуться вверх — в предыдущее положение? Огромные силы трения, в нашем случае — вязкость.

А если пытаться поднять тело вверх так, чтобы погружение стало меньше первоначального. Опять нужно создать напряжение, превышающее критическое значение. Если же вы поднимете брусок, но перестанете его выталкивать, брусок опять останется неподвижным вопреки тому, что сила вытеснения уменьшилась и тело должно стремиться погрузиться глубже.

Однако чтобы вытащить брусок из грязи, нужно наряду с силой, увеличивающей напряжение выше критического значения, преодолеть еще всасывающее действие. Ведь когда вы приподнимете тело, непосредственно под ним образуется пустота. Обычная жидкость сразу бы ее заполнила. Но не забывайте о том, что грязь под действием достаточно малых сил ведет себя как твердое тело. В данном случае наружное давление вызовет приток грязи под вытаскиваемое из нее тело лишь тогда, когда пустота под телом достаточно велика для того, чтобы разность внешнего давления и давление внутри пустоты дала напряжение, превышающее критическое значение. В противном случае, если пустота слишком мала, от вытаскиваемого тела в грязи остается дыра (как после вынутого из дерева гвоздя). В этой дыре давление меньше, чем снаружи, поэтому тело в пустоту всасывается. (Между прочим отчего появляется характерное хлюпанье, когда вы идете в резиновых сапогах по глубокой грязи?)

Из сказанного следует: чтобы вытащить тело из грязи на определенную высоту, потребуется большая сила, чем погрузить его в грязь на глубину, равную этой высоте. А теперь вы знаете все необходимое, чтобы ответить на вопросы, поставленные вначале.

Попробуйте представить себе, что вы попали в болото. Что сделаете, погрузившись, скажем, по пояс? Разумеется, постараетесь вылезти из болота. Как? Нормально, то есть встанете на одну ногу, поднимая другую вверх. Что же тогда произойдет? Сила, с которой вы действуете, чтобы поднять ногу, по значению равна, но по направлению противоположна силе, с которой вторая нога нажимает на грязь Так что вытаскивая одну ногу, второй в это время вы проваливаетесь Но из-за эффекта всасывания проваливающаяся нога погрузится в болото глубже, чем поднимется вторая. В результате все тело погрузится в болото еще глубже. И при каждой попытке подняться вы будете погружаться все глубже. Причем тем быстрее, чем энергичнее будете вырываться их болота.

Видя, что ваши усилия дают эффект, противоположный намерению., не стоит поддаваться панике. Нужно прекратить непродуманные лишние движения (полностью перестать двигаться живое существо не может, оно должно хотя бы дышать) и думать, как спастись.

Давайте спасаться. Во-первых, надо увеличить поверхность контакта с болотом, по которой распределяется вес тела. Тем самым уменьшится напряжение, создаваемое в болоте весом тела. Для этого как можно более экономно (не забывайте, каждое движение погружает вас в болото!) следует принять горизонтальное положение, широко разложив руки и ноги (чтобы легче дышать).

Во-вторых, обязательно зовите на помощь. Но звать нужно так, чтобы подняв голову, не погрузиться слишком быстро в болото.

В-третьих, высмотрите вблизи место, которое поможет спастись, и попытайтесь ползти к нему по поверхности болота. Но при этом следует лежать горизонтально и избегать слишком резких движений, то есть ползти так, чтобы как можно меньше погружаться в грязь. Если заметите, что ползя проваливаетесь в болото слишком глубоко, ограничьте или вообще прекратите движения и ждите помощи. Продержаться поможет палка или бревно, если найдете их вблизи, дотянетесь или доползете до них.

Но лучше вам всегда помнить золотое правило: обходите всегда болото на безопасном расстоянии.
Надеюсь, все ясно, в заключение же вопрос: утонет ли в грязи тело большей плотности, чем плотность грязи?

Збигнев Плохоцкий