Skip to main content
פעילויות
header

הצוללן הקסום

דגים וצוללות

לו היית דג "הרוצה" ללכת לישון אבל חושש שמע תצוף למעלה או תצלול לקרקעית.
לו היית מפקד צוללת שצריך לדומם מנועים כדי שהאויב לא ישמע, ועדיין לשמור על הצוללת בעומק קבוע בים, מה היית עושה?

צוללן קרטזי

"הצוללן הקרטזי" מדגים כיצד אפשר לנוע מעלה ומטה מתחת למים, או כיצד להישאר בעומק קבוע, וזאת בדרך מפתיעה, שנראית כמעט כמו קסם. את  הצוללן - בלון קטן המלא בחלקו במים ובחלקו באויר - שנמצא בתוך בקבוק שקוף, מלא אף הוא במים, ניתן להזיז למעלה ולמטה ע"י לחיצה על הבקבוק.

 

מה קורה?

מה גילה ארכימדס? למעשה הוא גילה דרך לגלות זיוף, ולדעת אם הכתר, שלטענת הצורף כולו זהב, אכן עשוי זהב טהור. (ואכן הוא גילה כי הכתר איננו עשוי זהב טהור). הרעיון מבוסס על שקיעה וציפה של גופים במים. כשארכימדס טבל באמבט, הוא הבין פתאום כי מה שגורם לגופים לצוף או לשקוע הוא צפיפותם הממוצעת ביחס לצפיפות המים. (צפיפות היא משקלה של יחידת נפח).

תופעה זו נובעת מהאיזון בין כוח המשיכה - משקלו של הגוף, לבין כוח העילוי של המים, השווה למשקל המים שהגוף דוחה. עץ צף תמיד, בלי קשר לצורתו, כי צפיפות החומר שלו קטנה מזו של המים. ספינות הבנויות מפלדה צפות, כי הצפיפות הממוצעת של כל הספינה כולה - הפלדה ביחד עם החלל הריק שבגוף הספינה - קטנה מזו של המים. כאשר גוף הספינה מתמלא במים, צפיפותה הממוצעת של הספינה גדולה מזו של המים והיא שוקעת.

להישאר במקום

כל שצריך לעשות כדי להישאר במקום מתחת למים הוא לשנות את המשקל או הנפח כך שהצפיפות הממוצעת תהיה שווה לזו של המים.

דגים מתאימים את צפיפותם למים ע"י בליעת אוויר או ע"י ספיגת גזים מתוך המים. האוויר או הגז מאוחסנים ב"שלפוחית שחיה" המחוברת למעי. לצוללות יש מיכל מיוחד שניתן למלא במים או באוויר, לפי הצורך. כך משתנה משקלם הכולל, ואיתו הצפיפות הממוצעת.

היות שריאותינו מלאות אויר, גם הצפיפות שלנו נמוכה מזו של המים, וצוללנים צריכים לחגור משקולות כדי שימשכו אותם למצולות.

כרישים, כדורים פורחים וציפורים

כרישים הם מעט כבדים מהמים, ואין להם שלפוחיות שחיה. בעצם, במים רדודים הם יכולים פשוט לנוח על הקרקעית. אך למעשה הם לעולם אינם ישנים אלא שוחים כל חייהם. אבל כרישים מנצלים עקרון אחר: כדי להימנע משקיעה הם מנצלים את כוח העילוי הנוצר ע"י הסנפירים כשהם נעים קדימה, בדיוק כמו שעושות ציפורים בעזרת הכנפיים.

גם כדורים פורחים הם למעשה "שלפוחיות שחיה" המרחפות או צפות באוויר. ניתן ליצור כדור פורח שצפיפותו הממוצעת שווה לזו של האוויר בו הוא מרחף. מילוי הכדור הפורח באוויר חם גורם לכך שלגוף כולו - אנשים+סל+בלון+אוויר - תהיה צפיפות ממוצעת השווה לזו של האוויר שמסביב.

אז איך עובד צוללן קרטזי?

אנו זקוקים לעוד קצת מידע כדי להסביר כיצד הוא פועל: התופעה שאויר הוא דחיס בעוד שהמים אינם דחיסים. משמעות התופעה היא שדחיסה של המים אינה משנה את נפחם, אך דחיסת אוויר מקטינה את נפחו. ה"צוללנים" מלאים מחציתם במים, והיתר באוויר. גוף הבלון של כל צוללן עשוי גומי אלסטי. כאשר אנחנו לוחצים את הבקבוק אנו דוחפים את המים שבתוכו, ואלה מפעילים לחץ על משטח הגומי של בלון. היות שהאוויר שבפנים דחיס, הוא אכן "מתכווץ", והנפח הכולל של ה"צוללן" קטן.

כאן חשוב לזכור שמשקל הצוללן לא השתנה. ואז, אם המשקל נותר קבוע והנפח קטן, הצפיפות הממוצעת גדלה, עולה על זו של המים, ו...הופ! הצוללן שוקע.

נוצר בתאריך: 21/05/08
עודכן בתאריך: 17/01/11