Vodácká záchrana, část druhá: Hydrodynamika aneb jak, kam a proč teče voda

Když už teorie, tak pořádně. Možná se vám bude zpočátku zdát, že na to jdu moc vědecky a zeširoka, ale vydržte, dostanu se k podstatě věci. Hydrostatické zákony a zákonitosti, které nás nejvíce zajímají a ovlivňují, jsou:

Pascalův zákon – tlak vyvolaný vnější silou se v kapalinách šíří všemi směry stejně. Díky tomu je tlak ve všech částech kapaliny stejný.
Hydrostatický tlak – tlak způsobený vlastní tíhou kapaliny závisí na hustotě této kapaliny a hloubce.
Archimédův zákon – těleso ponořené do tekutiny je nadlehčováno silou, která se rovná tíze tekutiny tělesem vytlačené.

Z výše zmíněných teorií pro nás vyplývá několik praktických poznatků:
– Zpěněná voda má malou hustotu a proto nadnáší jen velmi málo.
– Ve zpěněné vodě převládá síla gravitační nad vztlakovou a plavec (někdy i člověk sedící v lodi) se neudrží nad vodou.
– Při plavání v dlouhých úsecích zpěněné vody hrozí reálné nebezpečí utonutí. Poté, co se vyrovnáme s hydrostatikou, dostaneme se k hydrodynamice. Tady narazíme na rovnici kontinuity (objem tekutiny se nemůže při svém proudění nikam ztratit).
– Čím užší je místo, kterým tekutina protéká, tím vyšší rychlostí tímto místem protéká.
– V úzkých místech znatelně stoupá hladina (kapalina se snaží zvětšit plochu průtoku).
– Současně roste rychlost kapaliny.
– Pokud tomu tak není, pak je plocha dostatečně velká, aby odvedla veškerý protékající objem vody. Pod hladinou jsou skryty prostory (dutiny ve skále, jeskyně atd.), které nejsou vidět. Jako poslední vám zamotám hlavu s Bernoulliho rovnicí (energie tekutiny se při proudění nemůže nikam ztratit ani vzniknout z ničeho /může se jen měnit z jednoho druhu energie na jiný/).
– Když se zvýší rychlost tekutiny, klesne její tlak. Díky tomu se v úzkých místech vytváří podtlak (přestože bychom očekávali tlak zvýšený).
– Voda padající z vodopádu má vysokou rychlost. Po dopadu do tůně s klidnou vodou se v místě dopadu vytváří podtlak, který nasává vše ze svého okolí. To znamená, že loď i vodák jsou vtahováni do vývařiště vodopádu.
– Jestliže voda zvětší svoji rychlost (ve zúženém místě nebo zvětšením objemu – např. tím, že se napění), klesne její tlak a začne nasávat vodu z okolí. Stojatá voda v okolí díky tomu může začít proudit v místech, kde by za normálních okolností proudit neměla. Jeskyně skrytá pod vodní hladinou se při určitém vodním stavu může změnit v sifon, do něhož částí vstupního otvoru voda vtéká a jinou částí téhož otvoru vytéká.

Dost bylo teoretizování, vrhneme se na to, jak všechna ta fyzika vypadá navenek. Ať už sedíte v lodi, prohlížíte ze břehu, plavete či chystáte záchranu, potřebujete umět číst vodu. V rovném řečišti bez překážek proudí voda laminárně – hlavní proud je na středu koryta a u hladiny. Čím dál jdete od středu, tím je voda pomalejší. U břehu vzniká spirálovité proudění – voda u hladiny teče od břehu pryč. Je-li toto proudění silné, nemá plavec šanci doplavat ke břehu.

Seriál VODÁCKÁ ZÁCHRANA

Část první – Když to nevyjde, aneb jak správně zaplavat
Část druhá – Hydrodynamika aneb jak, kam a proč teče voda (právě čtete)
Část třetí – Zachraňujeme!
Část čtvrtá – Kontaktní záchrana
Část pátá – Pár slov o vybavení a uzlech
Část šestá – Karabina, nůž, kladka… aneb železo, které na vodě nesmí chybět!
Část sedmá – Kladkostroje aneb trocha praktické fyziky
Část osmá – Vektorový tah krok za krokem
Část devátá – Improvizovaný sedák a vytažení zaklíněného plaváčka

V zatáčce na vodu působí ještě odstředivá síla. Hladina se naklání a nejrychlejší část proudu se přesouvá do vnější části zatáčky. Na vnitřní straně většinou vzniká vracák a usazují se sedimenty. Na vnější straně voda často podemílá břeh.

Když do proudu přibude překážka, vzniká za ní protiproud – vracák. U překážky je nejsilnější a dále od ní slábne. Mezi proudem a vracákem vzniká rozhraní, kde voda tvoří víry. Pokud vykukuje překážka nad hladinu, tvoří se před ní tzv. polštář.

Když voda stoupne a začne téct přes překážku, začne se vytvářet válec. Se stoupající hladinou se válec mění v lámající se vlnu, později ve vlnu hladkou a nakonec se vlny úplně vyhladí.

A teď konečně detailně to, co se děje ve válci. Předesílám, že válec na obrázku je „ideální“ a že obvykle situaci komplikuje ještě nějaká překážka na dně, podemletá stěna či něco podobného. Voda přitéká přes překážku a po dně odtéká pryč. V místě dopadu je ale přitékající voda velmi rychlá a nasává do sebe vodu stojící okolo. Vytváří se zpětný proud. Místo, kde se voda vrací (rotuje), se jmenuje vývařiště. Za ním následuje vývarová linie (koruna válce, karfiol či jak se to dá ještě nazvat), která dělí vývařiště od odtékající vody. Čím rychlejší je přitékající voda, tím delší je vývařiště. Pokud se chcete z válce dostat, máte dvě možnosti. Buď překonáte vývarovou linii a dostanete se do odtékající vody, nebo se dostanete do proudu u dna a budete doufat, že vaší cestě pod hladinou nic nezabrání.

Bez zmínky v žádném případě nemůže zůstat podemletina. Ať už je podemleté cokoliv, rozhodně to není místo, kde bychom se chtěli octnout. Měkké materiály (travertin, slepenec, hliněné břehy…) jsou na vymílání náchylnější než materiály tvrdé (žula…). Kudy z podemletého místa voda odtéká, záleží velmi na jeho tvaru. Každopádně pokud odtok nenajdeme, přitékající voda nás jen tak na vzduch nepustí. Před podemletinou obvykle nevzniká polštář nebo vzniká daleko menší (záleží na tom, jak je podemleté místo hluboko pod hladinou), než by v daném proudu normálně byl. Dále od podemletého místa tvoří voda vyvěrající ode dna většinou karfiol.

Neustále zmiňovaný, diskutovaný a opravdu zákeřný nepřítel vodáků je sifon. Tak se nazývá místo, kde voda protéká pod překážkou. Ať už jde o padlý strom, lávku ležící ve vodě nebo mezeru mezi kameny, voda se chová stejně. Místo toho, aby tekla okolo překážky či přes ní, teče spodem a s sebou bere vše, co v ní plave. Některé sifony jsou nebezpečné pouze pro plavce, některé dovedou nasát i kajakáře sedícího v lodi hlavou nahoru.

Snad vás tento vědecky pojatý díl příliš neotrávil a přinesl vám odpovědi na spoustu vyřčených i nevyřčených otázek. A nebojte, v příštím dílu se už konečně pustíme do slibované záchrany.