Картезіанський водолаз — механічна іграшка, заснована на зміні плавучості при стисканні. Вперше описав 1648 року італійський учений Magiotti (1648).

Опис Для виготовлення водолаза нині найчастіше використовують пластикову пляшку з загвинчуваною кришкою. Пляшку заповнюють водою, всередину вгору дном поміщають частково заповнену скляну пляшечку з невеликою додатною плавучістю. Кришку пляшки щільно загвинчують. При стисканні пляшки тиск усередині неї збільшується, об'єм повітря всередині флакона зменшується, і водолаз занурюється. Якщо пляшку відпустити, водолаз спливає.

Історія

Рафаелло Маджотті був активним свідком барометричних експериментів, які проводив , а потім Еванджеліста Торрічеллі. У зв'язку з цим Маджотті також проводив свої власні дослідження стисливості води й повітря, результати яких опубліковано в його праці Renitenza certissima dell'acqua alla compressione. Серед численних пристроїв, описаних там — Маджотті називає їх scherzi (жарти) — є й водолази. Маджотті також називає водолазів caraffine (пляшечки). Водолази плавають у високих циліндричних посудинах, надлишковий тиск у яких створюється долонею, що їх закриває або, якщо посудина досить вузька, великим пальцем.

Пристрій, який описав Маджотті, незабаром став популярним, але жодна з використаних ним назв не прижилася. Від початку XVIII століття назву пристрою супроводжує атрибут Catresian (картезіанський, декартів), хоча Декарт не мав жодного стосунку ні до самого водолаза, ні до пояснення його діїCarrasquer и др. (2013). Нині, поряд із назвою «картезіанський водолаз» (Cartesian diver) часто використовують назву «картезіанський диявол» (Cartesian devil), а також «поплавок Декарта».

Популярності водолазу додало нове видання 1654 книги Атанасія Кірхера Magnes Sive De Arte Magnetica («Магніт або мистецтво магнетизму»), оперативно доповнене розділом про цей новітній пристрійKircher (1654). Як водолазів Кірхер використав скляні фігурки, що представляють сцени з Благовіщення і Вознесіння Христового. Також він використав фігуру водолаза-диявола. Як наслідок, образ картезіанського водолаза набув релігійного та містичного змісту, і водночас водолаз здобув статус цікавої іграшки.

Що стосується технічної еволюції, то незабаром герметизувати посудину з водолазом та змінювати тиск у ній стали здійснювати не долонями чи пальцями, а органічними плівками. З цією метою, наприклад, використовували свинячий сечовий міхур, який ближче до нашого часу замінено гумовою плівкою.

У XVIII столітті німецькі склодуви налагодили масове виробництво іграшкових водолазів, що збереглося до нашого часу. Найчастіше це були іграшкові чортики із закрученим навколо тіла хвостом, через який вода могла затікати всередину зі збільшенням тиску і витікати при його зменшенні. Такі чортики за періодичної зміни тиску починали обертатися, і за ними закріпилася назва «чорт, що танцює» (). Французькою «картезіанський водолаз» це теж «танцюрист» — .

Картезіанського водолаза (як «картезіанське чортеня») згадано в спогадах російського ученого Андрія Болотова за 1771 рік. Відома також політична карикатура «Наполеон Водолаз» 1813 року, де російський козак схвально спостерігає за тим, як австрієць притопив маленького Наполеона у великій скляній пляшці.

У Росії картезіанського водолаза називали «американським жителем», він був однією з найпопулярніших іграшок, що продавалися на вербних базарахЛапин (2009). Про американського жителя писали Саша Чорний, Володимир Набоков, Теффі, Сергій Горний, Мстислав Добужинський, Самуїл Маршак та багато інших.

Американського жителя зображено на ілюстрації до вірша Саші Чорного 1913 року «На вербі»Саша Чёрный (1913). Найвідоміша картина з картезіанським водолазом — дошка «Американський житель» 1922 року. За деякими свідченнями, вона належала Данилові ХармсуКовтун (1995), а 1995 року її придбав Державний Російський музейГосударственный Русский музей (1998).

Сучасний водолаз Пластикові пляшки набули масового поширення в 1970-ті роки і виявилися вдалим матеріалом для виготовлення картезіанських водолазів. Відразу ж зникла потреба у плівках, що герметично закривають шийку пляшки, а використання некруглих пляшок дозволило продемонструвати деякі не такі очевидні властивості водолазів. Справа в тому, що пластикова пляшка овального перерізу (а також квадратного або прямокутного) при стисканні може не тільки зменшувати свій об'єм, але й збільшувати його,Панов (2018, 2017), завдяки чому водолаз із від'ємною плавучістю, що лежить на дні такої пляшки, може спливати при її стисканні.

Водолаз із додатною плавучістю стійко плаває вгорі: якщо змусити його зануритися, він потім самостійно повертається у верхнє положення. Але так відбувається не завжди. Якщо водолаз, що плаває в досить високій пляшці, має мінімальну додатну плавучість, то при зануренні, за рахунок наростання гідростатичного тиску, його плавучість може стати від'ємною, водолаз опуститься на дно і там залишиться. Такий водолаз має два стійкі положення рівноваги — вгорі і внизу. Насправді він має ще одне, проміжне положення рівноваги на висоті, де його плавучість дорівнює нулю, але воно нестійке. Так чи інакше, виникає задача про переміщення водолаза в обидва боки — зверху донизу та знизу догори. Перша розв'язується стандартно — стисканням пляшки. Друга має кілька розв'язків, але особливо просто це вдається зробити у разі пляшки овального перерізу. При стисканні плоских граней пляшки водолаз опускається, при стисканні ребер піднімається.

Зрештою, пластиковими стають не лише пляшки, а й самі водолази-пляшечки. Дуже зручним матеріалом для виготовлення картезіанського водолаза є пластикові піпетки і пластикові трубочкиDanese (2013).

У середині XX століття картезіанському водолазу знайшлося також важливе наукове застосування у мікрохімічних вимірюваннях. Перші дослідження та перші публікації в цьому напрямку належать Ліндерстрему-ЛангуLinderstrøm-Lang (1937) та його співробітникам у . Одне із застосувань водолаза — створення на його основі мікрореспірометра для вивчення дихання одноклітинних організмівКирк (1952), С. 112—114, 269—292.

Примітки

Література

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. Національна бібліотека Франції (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.