Картезианский водолаз — это популярная игрушка с богатой историей. Поведение Картезианского водолаза регулируется законами гидростатики — законом Архимеда, законом Паскаля, гидростатическим давлением, а также существенным различием сжимаемости воды и воздуха. Первое описание водолаза было дано итальянским учёным Рафаэлло Маджотти в 1648 годуMagiotti (1648).
Описание Для изготовления водолаза в настоящее время чаще всего используется пластиковая бутылка с завинчивающейся крышкой. Бутылка заполняется водой, внутрь неё вверх дном помещается частично заполненный стеклянный флакончик с небольшой положительной плавучестью. Крышка бутылки плотно завинчивается. При сжатии бутылки давление внутри неё увеличивается, объём воздуха внутри флакончика уменьшается, и водолаз погружается. Если бутылку отпустить, то водолаз всплывает.
История
Рафаэлло Маджотти был активным свидетелем барометрических экспериментов, проводимых и вслед за ним Эванджелистой Торричелли. В связи с этим Маджотти также проводил и свои собственные исследования сжимаемости воды и воздуха, результаты которых были опубликованы в его работе Renitenza certissima dell’acqua alla compressione. Среди многочисленных устройств, описанных там — Маджотти называет их scherzi (шуточки) — есть и водолазы. Маджотти также называет водолазов ещё и caraffine (флакончики). Водолазы плавают в высоких цилиндрических сосудах, избыточное давление в которых создаётся закрывающей их ладонью или, если сосуд достаточно узок, большим пальцемCarrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Lámina 2 .
Это устройство, описанное Маджотти, в скором времени стало популярным, но ни одно из использованных им названий не прижилось. С начала XVIII века название этого устройства снабжается атрибутом Cartesian (Картезианский, Декартов), хотя Декарт не имел никакого отношения ни к самому водолазу, ни к объяснению его действияCarrasquer и др. (2013). Сейчас вместе с названием «Картезианский водолаз» (Cartesian diver) часто используется название «Картезианский дьявол» (Cartesian devil), а также «Поплавок Декарта».
Популярности водолазу добавило новое издание 1654 года книги Афанасия Кирхера Magnes Sive De Arte Magnetica («Магнит или искусство магнетизма»), оперативно дополненное разделом об этом новейшем устройствеKircher (1654). В качестве водолазов Кирхер использовал стеклянные фигурки, представляющие сцены из Благовещения и Вознесения Христова. Им же была введена в обиход фигурка водолаза-дьявола.Carrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Lámina 24 В результате образ Картезианского водолаза наполнился религиозным и мистическим содержанием, и одновременно водолаз приобрёл статус занимательной игрушки.
Что касается технической эволюции, то в скором времени герметизация сосуда с водолазом и изменение давления в нём стали осуществляться не ладонями или пальцами, а органическими плёнками. В этих целях, например, использовался свиной мочевой пузырьCarrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Pig’s Bladder , который ближе к нашему времени был заменён резиновой плёнкой.
В XVIII веке немецкие стеклодувы наладили массовое производство игрушечных водолазов, сохранившееся до нашего времени. Чаще всего это были игрушечные чёртики с закрученным вокруг тела хвостом, через который вода могла затекать внутрь при увеличении давления и вытекать при его уменьшении. Такие чёртики при периодическом изменении давления начинали вращаться, и за ними закрепилось название — пляшущий чёрт. Отметим, что по-французски Картезианский водолаз это тоже танцор — .
В России Упоминание картезианского водолаза (как «картезианского чертенка») встречается в воспоминаниях Андрея Болотова за 1771 год. Известна также политическая карикатура «Наполеон Водолаз» 1813 года, где русский казак одобрительно наблюдает за тем, как австриец притопил маленького Наполеона в большой стеклянной бутылке.
В России Картезианский водолаз назывался «Американским жителем» и был одной из самых популярных игрушек, продававшихся на вербных базарахЛапин (2009). Об Американском жителе писали Саша Чёрный, Владимир Набоков, Тэффи, Сергей Горный, Мстислав Добужинский, Самуил Маршак и многие другие.
Американский житель изображён на иллюстрации Вадима Фалилеева к стихотворению Саши Чёрного «На вербе» 1913 годаСаша Чёрный (1913). Самая известная картина с Картезианским водолазом — доска Павла Мансурова «Американский житель» 1922 года. По некоторым свидетельствам, она принадлежала Даниилу ХармсуКовтун (1995), а в 1995 году она была приобретена Государственным Русским музеемГосударственный Русский музей (1998).
Современный водолаз Пластиковые бутылки получили массовое распространение в 1970-е годы и оказались весьма подходящим материалом для изготовления Картезианских водолазов. Сразу же стали не нужными никакие плёнки, герметично закрывающие горлышко бутылки, а использование некруглых бутылок позволило продемонстрировать некоторые не столь очевидные свойства водолазов. Дело в том, что пластиковая бутылка с овальным сечением при сжатии может не только уменьшать свой объём, но увеличивать его, и то же касается бутылки с квадратным или прямоугольным сечениемПанов (2018, 2017). Например, водолаз с отрицательной плавучестью, покоящийся на дне такой бутылки, может всплывать при её сжатии.
Водолаз с положительной плавучестью устойчиво плавает вверху: если заставить его погрузиться, он потом самостоятельно возвращается в верхнее положение. Но так происходит не всегда. Если водолаз, плавающий в достаточно высокой бутылке, обладает минимальной положительной плавучестью, то при погружении, за счёт нарастания гидростатического давления, его плавучесть может стать отрицательной, водолаз опустится на дно бутылки и там останется. У такого водолаза имеются два устойчивых состояния равновесия — вверху и внизу. На самом деле у него есть ещё одно, промежуточное состояние равновесия на высоте, где его плавучесть равна нулю, но оно неустойчиво. Так или иначе, возникает задача о перемещении водолаза в обе стороны — сверху вниз и снизу вверх. Первая из них решается стандартно — сжатием бутылки. У второй имеется несколько решений, но особенно просто это удаётся сделать в случае бутылки с овальным сечением. При сжатии плоских граней бутылки водолаз опускается, при сжатии рёбер — поднимается.
Наконец, пластиковыми становятся не только бутылки, но и сами водолазы-флакончики. Очень удобным материалом для изготовления Картезианского водолаза являются пластиковые пипетки и пластиковые трубочкиDanese (2013).
К середине прошлого века Картезианскому водолазу также нашлось и важное научное применение в микрохимических измерениях. Первые исследования и первые публикации в этом направлении принадлежат Линдерстрёму-ЛангуLinderstrøm-Lang (1937) и его сотрудникам в . Одно из применений водолаза — это создание на его основе микрореспирометра для изучения дыхания одноклеточных организмовКирк (1952), С. 112—114, 269—292.
Примечания
Литература
Carrasquer, J., Álvarez, M.V., y Ponz, A. (2014), Exposición «Danzad, danzad, diablillos», una visión de la Historia del Diablo Cartesiano a través de Imágenes, Teruel: Universidad de Zaragoza. Carrasquer, J., Ponz, A., Álvarez, M.V. y Uría, J. (2013), Historia de los nombres del Diablo Cartesiano, STUDIUM. Revista de Humanidades, 19, 75—96. Danese Beniamino (2013), Le caraffine di Magiotti. Государственный Русский музей (1998), Отчёт 1993—1997. — СПб: Palace Edition. — С. 24, 35. Kircher Athanasius (1654), Magnes Sive De Arte Magnetica Opus Tripartitum, Edition Tertia, Deuersin, Roma pp. 127—132. Кирк П. (1952), Количественный ультрамикроанализ. — : Издатинлит. Ковтун Евгений (1995), Русский период Мансурова, в Каталоге выставки Павел Мансуров. Петроградский авангард, СПб: Palace Edition, сс. 10—25. Лапин Илья (2009). Вербные игрушки. Linderstrøm-Lang K. (1937), Principle of the Cartesian Diver applied to Gasometric Technique, Nature 140, pp. 108. Magiotti Raffaello (1648), Renitenza certissima dell’acqua alla compressione, Roma. Национальная библиотека Франции (1813), Das Carthesianische Teufelchen. Панов А. (2018), Картезианский водолаз. Панов А. (2017), Водолаз двойного действия. — Квантик. — 2017, № 5. — С. 11—15. Панов А. (2020), Эйнштейн, чашка чая и картезианская медуза. — Квантик. — 2020, № 5. — С. 8—10. Саша Чёрный (1913), На вербе, с иллюстрацией Вадима Фалилеева, Вербочки, Весенний альманах: для детей младшего возраста. — : Издательство Сытина. С. 14—15.
Категория:Игрушки, демонстрирующие физические законы