Šlo by jít po mořském dnu s lodí obrácenou dnem vzhůru naplněnou vzduchem?

Ve filmech můžeme najít mnoho zajímavých záběrů, které více či méně odpovídají fyzikálním zákonům. K natočení těch méně reálných používají filmaři kamerové triky. Podobně je to i se zmíněným záběrem z filmu Piráti z Karibiku, kde Jack Sparrow a Will Turner použijí obrácenou loď k vytvoření vzduchové bubliny a pohybují se díky tomu po dně moře.

Pro jakékoliv těleso ponořené do kapaliny platí Archimédův zákon [1], tedy že na toto těleso působí vztlaková síla směrem vzhůru k hladině. Tento zákon říká, že vůbec nezáleží, z jakého materiálu je těleso vyrobeno, síla závisí pouze na objemu vody, který těleso vytlačí. Polystyrenový balonek i stejně velká železná koule budou mít tedy stejný vztlak, ale polystyren bude na hladině plavat, zatímco kovová koule půjde rovnou ke dnu. Na něco tedy zapomínáme: na všechna tělesa působí ještě jedna síla –⁠ tíhová síla Země. Čím těžší těleso bude, tím větší síla bude směřovat do středu Země. Podle toho, která síla bude větší, mohou nastat tyto situace:

těleso vyplave na hladinu (vztlaková síla bude větší),
těleso se ponoří na dno (tíhová síla bude větší),
těleso se bude volně vznášet (obě síly budou stejně velké).

Nyní se vraťme k Pirátům z Karibiku. Když se pokusíme odhadnout objem lodě se vzduchovou bublinou, což odpovídá asi 1,2 m³, můžeme vypočítat, že by loď musela vážit asi 1,6 tuny [2], aby nezačala stoupat k hladině. Takovou hmotnost dřevěná loď zřejmě mít nemůže, protože je v záběru vidět, že je přenášena po souši. Aby pirátům loď nevyplavala, museli by na loď upevnit závaží. Je tu však ještě jeden problém. Vzduch se dá dobře stlačit, a tak ponořením lodě do hloubky 10 m vzroste tlak ve vzduchové bublině na dvojnásobek, a protože musí být součin tlaku a objemu stejný [3], zmenší se tak objem vzduchové bubliny na polovinu. S rostoucí hloubkou, a tedy rostoucím tlakem, se pak bude vzduchová kapsa dále zmenšovat, nehledě na to, že dřevěná loď pravděpodobně nebude dokonale utěsněná a vlivem vyššího tlaku z ní bude vzduch unikat.

Souhrnně se dá říct, že jít po mořském dně, tedy v hloubce desítek až stovek metrů, by bylo tímto způsobem téměř nemožné. S dostatečnou zátěží si však můžete v nepříliš velké hloubce vytvořit tajný úkryt se vzduchovou kapsou [4]. Na jak dlouho by vám v něm ale vydržel kyslík? Uvažujme vzduchovou kapsu, která by vznikla ponořením podobně velké lodě jako ve zmíněném záběru, což odpovídá objemu vzduchu asi 1230 litrů. Na jeden nádech dostaneme do plic 0,5 litru vzduchu, z čehož je 21 % kyslík a 0,03 % oxid uhličitý. Vzduch, který vydechujeme, obsahuje asi 16 % kyslíku a 4 % oxidu uhličitého [5]. Na jeden nádech tedy spotřebujeme 25 ml kyslíku a vytvoříme 20 ml oxidu uhličitého. Při průměrnému počtu patnácti nádechů za minutu [6] spotřebují dvě osoby 45 litrů kyslíku za hodinu a vytvoří 36 litrů oxidu uhličitého. Pro Jacka a Willa se situace stane neúnosnou za 2 hodiny a 45 minut, kdy dosáhne úroveň kyslíku 10 %, úroveň oxidu uhličitého 8 %, přičemž za toxickou hranici oxidu uhličitého uvažujeme 10 %. Při těchto koncentracích dochází ke zvýšení tepu a zhoršenému dýchání, pociťovali by silnou únavu, nevolnost a hrozila by i možnost úpadku do bezvědomí [7, 8].

Pro Zeptej se vědce odpovídal Jakub