Mechanika tekutin v potápěčské praxi

Člověk nemusí být ani potápěč, aby se setkal s vodním dílem zvaným jez. Jez slouží ke zvednutí hladiny, často tak vznikne prostor zajímavý i pro potápěče, typickým příkladem mohu být průsakové kanály kolem Gabčíkova. Neopatrný potápěč zkoumající hluboké části tůně, které jsou nejhlubší zpravidla právě u jezu, může náhle zkoumat vývařiště pod jezem. To je samozřejmě také pěkné místo a často se spoustou lososovitých ryb, často však také s balvany na rozbíjení dopadajícího proudu, na které potápěči přistávají jen neradi. Lépe je do něj vstoupit zespodu a ne nechtěným flopem.

Co nás k takovému jezu táhne, kromě např. ryb? Je to samozřejmě pohyb proudící vody. Proud v celém toku může být relativně malý, tím, že však musí protéci pouze profilem jezu, musí voda zrychlit. Ve fyzice je to popsáno rovnicí kontinuity, ta říká, že průtok (V1) v jednom průřezu (A1) se rovná průtoku (V2) v druhém průřezu (A2). Průtok se navíc rovná součinu průřezu a rychlosti, z toho tedy vyplývá, že zmenší-li se  průřez, musí se zvětšit rychlost proudění. Od určité meze je pak rychlost proudění nad síly potápěče s celou škálou možných následků. Ve skutečnosti je u jezu třeba ještě zahrnout výtokový součinitel, který zahrnuje pokles hladiny na koruně jezu, viz, obrázek níže. Z obrázku je mimo jiné zřejmé, že ve vzdálenosti menší než 3H to s námi půjde pěkně z kopce (kameny či betonové bloky ve vývařišti pod jezem kvůli citlivým povahám nejsou zakresleny).

 

Nebezpečné jsou rovněž výtoky z nádrží skryté pod hladinou. Pokud by nás náhodou takový výtok „vcucnul“ (protože jedině vodník Čochtan z Divotvorného hrnce je „nevcucnutelnej“), tlak okolní vody by dokázal potápěče přimáčknout značnou silou. Tu si můžeme jednoduše spočítat, a to z hloubky těžiště plochy průřezu otvoru a velikosti jeho plochy - to kdybychom našli menší otvor a dokázali jej ucpat celý.

 

Na skice výše vidíme celý problém graficky znázorněný. Síla, která by nás držela na výtoku je úměrná hloubce a průřezu otvoru. Tlak je roven součinu hustoty, gravitační konstanty a hloubky těžiště h_T. Vezmeme-li např. rouru průměru 400 mm se středem ve dvou metrech (např. otvor 1), tak nám vyjde síla 2,5 kN, tedy 250 kg a s tím člověk nehne. Pokud bychom otvor č. 2 v hloubce 33 m ucpali většinou našeho těla, řekněme plochou 0,75 m², na tělo opřené o otvor či česle pak bude při výtoku do volna působit síla asi 24,2 tuny!  Proti tomu dělat kliky a s flaškou na zádech nebo se pokoušet byť i jen odplazit prostě nelze, lze se jen procedit a pokračovat po proudu ;-).

Voda k takovým otvorům přitéká z celého poloprostoru před stěnou se stále rostoucí rychlostí. Zjednodušeně se dá říci, že stejná rychlost se vyskytuje vždy na polokulové ploše se středem v naší díře. Čím dál od díry, tím větší plocha (narůstá s druhou mocninou poloměru) a tím menší rychlost (ta naopak klesá s druhou mocninou), viz rovnice kontinuity. To je zrádné, kousek od díry se ještě dohromady nic neděje, ale o kousíček blíže už to táhne jak Maelström a máme rázem co dělat. 

Potkáme-li otvor větší podstatně než je naše tělo, situace se mění, u otvoru nás drží zejména dynamický účinek obtékající vody. Na praktický výsledek to však nemá žádný významný vliv.

Šedou teorii bohužel potvrzuje i praxe. V šerém dávnověku českého potápění se mezi svazarmovskými potápěči probíralo několik takových příběhů. Kdysi, snad na Nýrsku zacloumal potápěč kmenem trčícím z hromady větví a klacků, ucpávajících česle výtoku z hráze – neteklo to. Tento kmen či kmínek byl asi klíčový, protože nad hladinou se objevila obrovská bublina, jak se rozlomilo dvojče, a pak se pod hrází objevily zbytky. Podobný případ se měl stát i na některém jihočeském rybníku, kdy potápěč vlastním tělem ucpal výtokový kanál a z tělesa hráze ho museli vybagrovat. Podstatně méně dramatický, i když stejně fatální, byl případ koupače, který měl strčit nohu ohnutou v koleni do jakéhosi odtokového kanálu v bazénu (s upadlou mřížkou) a už se mu  ji nepodařilo vytáhnout. Smůla byla, že hlavu měl několik centimetrů pod hladinou.

….. takže bacha!

 Petrové

(obrázky Mechanika tekutin, ČVUT, 1997 a tvorba vlastní)