Сколько на тебе сейчас лежит
Над твоей головой стоит воздух. Не тонкий слой, а столб высотой в сотню километров — вся атмосфера до самого космоса. Воздух лёгкий, но его очень много, и он давит.
Считаем. На каждый квадратный сантиметр давит примерно один килограмм. Площадь кожи взрослого человека — около двух квадратных метров, то есть двадцать тысяч квадратных сантиметров. Получается, что на тебя наваливается около двадцати тонн — вес хорошо гружёного самосвала.
И ты этого совершенно не чувствуешь. Почему — разберёмся через пару разделов. Сначала надо понять само слово.
Давление — это сила, поделённая на площадь
Возьми карандаш и надави ладонью на его тупой конец. Потом — с той же силой — на острый. Сила одна и та же, а ощущения разные: острый колется.
Всё дело в площади. Давление — это сила, поделённая на площадь, на которую она действует. Чем меньше площадь, тем больше давление.
Отсюда сразу понятно множество вещей:
- Нож режет не потому, что сильный, а потому, что лезвие тонкое. Тупой нож давит той же рукой на площадь в сто раз большую и просто мнёт хлеб.
- На лыжах ты идёшь по снегу, а в ботинках проваливаешься: вес одинаковый, площадь разная.
- Кнопку можно воткнуть пальцем, а гвоздь той же рукой — нет.
- Верблюд не проваливается в песок благодаря широким мягким лапам, а лошадь на узких копытах вязнет.
Почему нас не расплющивает
Вернёмся к тем двадцати тоннам воздуха. Ответ простой и красивый: внутри тебя давление ровно такое же.
Ты наполнен жидкостью и газом под тем же самым давлением. Воздух давит снаружи внутрь, содержимое тела давит изнутри наружу, и силы уравновешиваются. Расплющивает не давление само по себе, а разница давлений.
Именно поэтому глубоководная рыба, поднятая на поверхность, выглядит раздутой и испорченной: она привыкла к огромному внешнему давлению, а внутри у неё осталось прежнее. Как только снаружи стало слабее, её распирает изнутри.
И именно поэтому знаменитый опыт с магдебургскими полушариями работает. В 1654 году бургомистр города Магдебурга сложил два медных полушария, откачал изнутри воздух — и их не смогли растащить лошади, тянувшие в разные стороны. Ничего их не держало, кроме давления воздуха снаружи, которому больше не противостояло давление изнутри.
Что происходит с ушами
Теперь про уши. За барабанной перепонкой у тебя есть небольшая полость с воздухом — среднее ухо. В обычной жизни давление там такое же, как снаружи, и перепонка стоит ровно.
Самолёт набирает высоту. Снаружи давление быстро падает, а в среднем ухе воздух остался прежним. Изнутри теперь давит сильнее — и перепонка выгибается наружу. Она натягивается, хуже колеблется, звук становится глухим, и появляется то самое ощущение «заложило».
При посадке всё наоборот: снаружи давление растёт, перепонку вдавливает внутрь.
Природа этот вопрос предусмотрела. Из среднего уха в носоглотку идёт тоненькая трубка — её называют евстахиевой. Обычно она сжата, но при глотании и зевке открывается, и воздух выравнивается. Это и есть тот самый щелчок в ушах.
Отсюда рабочие советы:
- Глотай. Пей воду маленькими глотками, соси леденец, жуй жвачку — что угодно, лишь бы глотать почаще.
- Зевай. Даже нарочно, даже притворно — работает.
- Не спи на взлёте и посадке. Во сне глотаешь редко.
- При насморке трубка отекает и не открывается — поэтому с сильно заложенным носом лететь особенно неприятно, и тут лучше посоветоваться со взрослыми заранее.
То же самое случается в скоростном лифте высотки, в горах на серпантине и когда ныряешь на дно бассейна. Под водой давление растёт куда быстрее, чем в воздухе: каждые десять метров глубины добавляют столько же, сколько весь стокилометровый столб атмосферы. Поэтому на глубине трёх метров уши закладывает сильнее, чем в самолёте.
Давление, которое работает на нас
Мы пользуемся разницей давлений постоянно, даже не думая об этом.
Когда ты пьёшь через трубочку, ты не «тянешь» жидкость вверх. Ты убираешь воздух из трубочки, и атмосферное давление снаружи вдавливает сок в освободившееся место. Именно поэтому в вакууме через трубочку пить невозможно.
Пипетка, шприц, насос, присоска на крючке в ванной, пылесос — всё это работает одинаково: где-то убрали воздух, и туда затолкало что-то другое.
И дышишь ты так же. Диафрагма опускается, грудная клетка расширяется, давление внутри лёгких падает ниже наружного — и воздух сам входит внутрь. Ты не всасываешь воздух, его вдавливает атмосфера.
Главное в трёх строчках
- Давление — это сила, делённая на площадь, поэтому острая кнопка и лыжи работают одинаковой силой совсем по-разному.
- Нас не сплющивает не потому, что воздух лёгкий, а потому, что внутри нас такое же давление; опасна только разница.
- Уши закладывает, когда снаружи давление изменилось быстрее, чем в среднем ухе; глоток или зевок открывают трубку и всё выравнивают.