Картезианский водолаз
Картезианский водолаз — механическая игрушка, основанная на изменении плавучести при сжатии. Первое описание водолаза было дано итальянским учёным Рафаэлло Маджотти в 1648 году[1].
Описание[править | править код]
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[править | править код]
Рафаэлло Маджотти был активным свидетелем барометрических экспериментов, проводимых Гаспаро Берти 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[1]. 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 пальцем[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 Catresian (Картезианский, Декартов), хотя Декарт не имел никакого отношения ни к самому водолазу, ни к объяснению его действия[3]. Сейчас вместе с названием «Картезианский водолаз» (Cartesian diver) часто используется название «Картезианский дьявол» (Cartesian devil), а также «Поплавок Декарта».
Tanzteufel — пляшущий чёртик
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 устройстве[4]. В качестве водолазов Кирхер использовал стеклянные фигурки, представляющие сцены из Благовещения и Вознесения Христова. Им же была введена в обиход фигурка водолаза-дьявола.[5] 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 пузырь[6], 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 нем. Tanzteufel — пляшущий чёрт. Отметим, что по-французски Картезианский водолаз это тоже танцор — фр. ludion.
В России[править | править код]
Упоминание картезианского водолаза (как «картезианского чертенка») встречается в воспоминаниях Андрея Болотова за 1771 год[8]. 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 базарах[9]. Об Американском жителе писали Саша Чёрный, Владимир Набоков, Тэффи, Сергей Горный, Мстислав Добужинский, Самуил Маршак и многие другие[9].
Американский житель изображён на иллюстрации Вадима Фалилеева к стихотворению Саши Чёрного «На вербе» 1913 года[10]. Самая известная картина с Картезианским водолазом — доска Павла Мансурова «Американский житель» 1922 года. По некоторым свидетельствам, она принадлежала Даниилу Хармсу[11], а в 1995 году она была приобретена Государственным Русским музеем[12].
Современный водолаз[править | править код]
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 сечением[13]. Например, водолаз с отрицательной плавучестью, покоящийся на дне такой бутылки, может всплывать при её сжатии.
В овальной бутылке
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[13], 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 трубочки[14].
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-Лангу[15] и его сотрудникам в Карлсбергской лаборатории. Одно из применений водолаза — это создание на его основе микрореспирометра для изучения дыхания одноклеточных организмов[16].
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 Magiotti (1648)
- ↑ Carrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Lámina 2 Архивная копия от 12 мая 2015 на Wayback Machine
- ↑ Carrasquer и др. (2013)
- ↑ Kircher (1654)
- ↑ Carrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Lámina 24 Архивная копия от 5 марта 2015 на Wayback Machine
- ↑ Carrasquer, Álvarez, Ponz (2014), Pig’s Bladder Архивная копия от 26 ноября 2018 на Wayback Machine
- ↑ Национальная библиотека Франции (1813)
- ↑ Болотов А.Т. Жизнь и приключения Андрея Болотова, описанные самим им для своих потомков. — М.: Терра, 1993. — Т. 3. — С. 45-47. — ISBN 5-85255-385-9. — ISBN 5-85255-382-4.
- ↑ 1 2 Лапин (2009)
- ↑ Саша Чёрный (1913)
- ↑ Ковтун (1995)
- ↑ Государственный Русский музей (1998)
- ↑ 1 2 Панов (2018, 2017)
- ↑ Danese (2013)
- ↑ Linderstrøm-Lang (1937)
- ↑ Кирк (1952), С. 112—114, 269—292
Литература[править | править код]
- 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. — М.: 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. — М.: Издательство Сытина. С. 14—15.