Уровень воды в ванне зависит от суммы водоизмещении всех игрушечных корабликов, резиновых уточек и других объектов, которые плавают в ванне или «утонули» в ней. Добавьте еще несколько корабликов, и количество вытесненной воды увеличится. Вытесненная вода должна где-то находиться, поэтому уровень воды повысится. Если вы, наоборот, вынете из воды несколько корабликов, количество вытесненной воды уменьшится, и уровень воды понизится.
Все это относится и к озерам, и к морям. Дело только в том, что у естественных водоемов сложный рельеф дна, поэтому труднее представить изменения уровня воды визуально, но если речь идет об океане, очевидно, что изменения в любом случае микроскопические.
Следовательно, вопрос можно переформулировать таким образом: «Если выбросить из лодки чемодан, изменится ли количество вытесненной воды?» Мы знаем, что лодка после этого станет легче. Это уменьшит ее осадку в воде, и, следовательно, уменьшится количество воды, вытесненное лодкой, но когда чемодан плюхнется в воду, он также вытеснит какое-то количество воды. Каким же будет суммарный эффект: позитивным, негативным или нулевым?
Для ответа на этой вопрос мы должны установить соотношение между весом и объемом вытесненной воды. Вот «умственный физический эксперимент», решающий эту задачу.
Представьте себе надувной мяч (вроде тех, которыми играют на пляже), который плавает в ванне. Такой мяч обычно очень легкий — его оболочка сделана из тонкого пластика, а внутри — воздух, поэтому он будет плавать на поверхности воды, практически не погружаясь в нее и не вытесняя воды — правильно? Вывод: если вес объекта очень мал, он практически не вытесняет воду и не изменяет уровень воды.
Теперь представьте, что у вас есть такой же пляжный мяч, но вам каким-то образом удалось засунуть внутрь этого мяча двухкилограммовый кирпич. Этот дополнительный вес приведет к тому, что мяч глубже погрузится в воду и вытеснит больше воды. Два килограмма дополнительного веса увеличат (мы не знаем точно насколько) количество вытесненной воды.
Теперь представьте себе третий пляжный мяч, внутри которого ровно два килограмма воды. У него тоже будет более низкая осадка по сравнению с первым мячом. Ваша «умственная физическая модель», надеюсь, достаточно точна, чтобы подсказать, что мяч будет погружаться в воду до тех пор, пока уровень воды внутри мяча не будет почти таким же, как снаружи. (Если бы мяч был сделан из сверхпрочного и сверхтонкого пластика, изготовленного при помощи нанотехнологий, внутренний и внешний уровни воды оказались бы абсолютно одинаковыми. Мяч был бы просто пузырем на поверхности воды, как пузыри на воде во время дождя.)
