Проект «Давление морских глубин». Физика 7 класс.
Давление окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. Сравнительно недавно, лет 100 назад, о жизни в океанских глубинах было известно совсем мало. И только, фантазируя, поэты описывали морские глубины, населенные ужасными чудовищами. У меня появились вопросы: «Как же рыбы выдерживают тяжесть слоя воды толщиной в несколько километров? Что произойдёт, если их вытащить? Какое давление морских глубин? Как работают на больших глубинах?» Чтобы с помощью современной науки раскрыть многие тайны моря, нужно исследовать давление морских глубин. Понять от чего оно зависит.
Актуальность исследовательской работы – межпредметная связь «физики» и «географии»; дополнительный материал при изучении темы на уроках и элективных курсах.
Объект исследования: мировой океан.
Предмет исследования: давление морских глубин.
Цель исследования: изучить давление в жидкостях; установить математическую зависимость; рассмотреть, какую роль играет давление морских глубин.
1. Изучить зависимость давления от различных величин.
2. Вычислить давление морских глубин.
Гипотеза исследования: я предположила, что давление морских глубин зависит от высоты столба жидкости (глубины), от плотности воды в море (океане).
1. Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.
2. Постановка экспериментов.
4. Обработка полученных результатов.
5. Анализ полученных результатов.
2.1. Что такое давление воды. История развития представления о давлении.
Воздух давит на поверхность Земли — и мы говорим об атмосферном давлении. В земных недрах тоже есть давление. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды.
О существовании давления люди догадывались еще во времена Аристотеля и Демокрита. Вклад в развитие давления в жидкостях внес гениальный учёный Блез Паскаль. Наиболее известен закон, названный его именем, о передаче давления в жидкостях и газах, который гласит: «давление , производимое на жидкость или газ, передается равномерно в любую точку и в любом направлении». Это закон легко подтверждается с помощью прибора, который называется «Шар Паскаля».
Поверхность морей и океанов постоянно испытывает волнение, вызванное внешними воздействиями (ветер, осадки, землетрясения). Но в их глубине царит тишина и покой, там – морская вода не двигается.
На жидкость, как и на любое тело на Земле, действует сила тяжести.
Вследствие силы тяжести каждый последующий слой жидкости испытывает давление всех вышележащих слоев.
Из курса «физики» я узнала, что такое давление называется гидростатическим (от греч. «статос» – неподвижный).
Оно на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям (и вверх в том числе).
Когда в резиновых сапогах зайти в воду, то можно почувствовать, как резина плотно прилегает к ногам.
Это означает, что давление существует и внутри жидкости.
2.2. Зависимость давления воды
В 1648 году французский ученый Блез Паскаль опытным путём подтвердил то, что давление жидкости зависит от высоты её столба и плотности.
p – давление слоя жидкости, Па,
r – плотность жидкости, кг/м 3 .
g – коэффициент силы тяжести, Н/кг,
h – высота слоя жидкости, м.
При увеличении толщины слоя жидкости или её плотности гидростатическое давление будет возрастать.
Из Океанологических таблиц видно, что плотность морской воды в разных местах Мирового океана изменяется незначительно — от 1019 до 1 027,5 кг/м³.
Значит, давление увеличивается пропорционально глубине.
Графиком является прямая линия.
Под действием давления вышележащих слоев происходит сжатие морской воды. Оно начинает быть заметной только на очень больших глубинах. Добавка давления, обусловленная сжатием воды, нарастает пропорционально квадрату глубины. Поэтому на глубине 11 километров к давлению морских глубин добавляется давление, обусловленное сжатием воды, равное 3% от полного давления на этой глубине.
На поверхности океана сжимаемость воды незаметна.
В глубинах океана давление составляет сотни атмосфер. Если бы вода была несжимаема, уровень океана поднялся бы на 30 м по сравнению с тем, который мы наблюдаем.
Несмотря на высокое давление в глубинах океана, морская вода сжимается незначительно.
Давление растет с глубиной быстрее. График давления несколько отклоняется от прямой линии.
2.3. Погружение в морские глубины
На больших глубинах разность между давлением воды, сжимающим грудную клетку, и давлением воздуха внутри ее возрастает настолько, что у человека уже не хватает сил увеличивать объем грудной клетки при вдохе и наполнять свежим воздухом легкие. Поэтому на глубине, превышающей 1,5 м можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления равного давлению воды на данной глубине.
Ловцы жемчуга могут нырять на глубину 20-30 метров, задерживая дыхание на 1-2 минуты.
Дл я увеличения времени пребывания под водой люди вначале использовали дыхательные трубки из тростника, кожаные мешки с запасом
воздуха, а также «водолазный колокол» (в верхней части которого при погружении в воду образовывалась «воздушная подушка»).
В 1943 году Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян изобрели акваланг – специальный аппарат со сжатым воздухом.
Он позволяет находиться под водой:
· от нескольких минут на глубине около 40 м,
· до часа и более на небольших глубинах.
Спуски с аквалангом на глубины более 40 м не рекомендуются, так как вдыхание воздуха, сжатого до большого давления, может привести к азотному наркозу.
На больших глубинах человек может работать только в жестком («панцирном») скафандре. В нем можно погружаться до 300 метров.
Трехболтовка – снаряжение для безопасного погружения под воду.
Подводная лодка проект 677 «Лада» — последняя российская инновация в этой области.
Для исследования морей и океанов на больших глубинах используют батискафы и батисферы.
Батисфера имеет форму шара (из стали или титанового сплава). Её используют для погружения на глубину 165 – 1000 метров. Под воду она опускается с судна на тросе. Внутри шара помещаются 1-2 человека. Максимальная глубина погружения, достигнутая с помощью батисферы в 1948 году 1360 метров.
Батискаф – автономный самоходный аппарат, состоит из стального шара-гондолы, в котором размещается экипаж 2-3 человека, аппаратура и поплавок-корпус, заполненный бензином.
С помощью батискафа швейцарцы Ж. Пиккар и Д. Уолш достигли дна Марианского желоба в Тихом океане. (Глубина 11022 м.)
При погружении на глубину более 1000—1500 метров обнаруживается препятствие, а именно:
· невозможно подобрать материал для костюма и шлема водолаза, который бы на такой большой глубине оставался непроницаемым для воды.
· Запаянные стеклянные сосуды опускали пустыми в глубину моря.
· При их поднятии на поверхность, каждый оказывался частично наполненным водой.
· Повторное испытание на земле снова показывало полную непроницаемость сосудов.
Опыт показывает, что на большой глубине давление воды настолько велико, что она просачивается через межмолекулярные пространства самого вещества, например, стекла.
· При длительном пребывании под водой при давлении, значительно превышающем атмосферное, большое количество воздуха оказывается растворенным в крови и других жидкостях организма водолаза.
· Если водолаз быстро поднимается на поверхность, то воздух, растворенный под большим давлением, начинает выделяться из крови в виде пузырьков (так же, как выделяется в виде пузырьков воздух, растворенный в лимонаде, находящемся в закупоренной бутылке под повышенным давлением, при вытаскивании пробки).
· Выделяющиеся пузырьки причиняют резкую боль во всем теле и могут вызвать тяжелое заболевание — «кессонную болезнь».
· На глубине, превышающей 1,5 м, можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления, равного давлению воды на данной глубине.
Но почему рыбы выдерживают тяжесть слоя воды толщиной в несколько километров?
и позволяет глубоководным рыбам выдерживать тяжесть огромной толщи воды.
Но если вытащить глубоководную рыбу на поверхность воды, внутреннее давление перестает уравновешиваться наружным. Рыбу раздувает, глаза выпучиваются, внутренности выворачиваются через рот. В таком раздутом виде рыба уже не может погрузиться на глубину.
3. Исследовательская часть
Чтобы изучить давление в жидкостях я решила узнать давление на дне одной из глубочайших морских впадин. Давление на дне Марианской впадины составляет:
h = 11035 м p = r g h + p = 1030х10х11035+
r = 1030 кг/м³ +0,03 r g h + 0,03х113660500 =
У меня возник вопрос: «А какое давление в других морских глубинах?»
С помощью Интернет-ресурсов я составила таблицу впадин Мирового океана, которые входят в первую десятку самых глубоких, и рассчитала давление на их дне. Результаты сведены в таблицу №1.
Источник
Давление и сжимаемость морской воды
Вес столба атмосферного воздуха с единичной площадью определяется как 1 бар (105Па). Величину давления, равную 0,1 бара, называют децибаром, 0,001 бара — миллибаром. Нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет 1.013 бар или 1013 мбар.
Ниже поверхности моря давление с глубиной быстро растет вследствие высокой плотности воды. Давление воды в океане увеличивается на каждые десять метров глубины примерно на 1 бар. Следовательно, на каждый метр глубины давление увеличивается на один децибар. Это обстоятельство позволяет легко переходить от глубины, выраженной в метрах, к давлению, выраженному в децибарах: 1 метр глубины ≈ 1 дбар давления. Легко видеть, что глубине 1000 м ≈ соответствует давление 1000 дбар.
Формальное соответствие глубины в метрах и давления в децибарах широко используется в океанологической практике для замены одной величины на другую.
Несмотря на высокое давление в глубинах океана, морская вода сжимается незначительно. Но даже из-за малой сжимаемости, уровень Мирового океана расположен примерно на 30 метров ниже уровня, который он бы занимал при несжимаемости воды.
Сжимаемость морской воды влияет на ее физические свойства и на некоторые процессы в океане. Так изменения плотности, связанные со сжимаемостью, существенны для циркуляции вод, распространения скорости звука.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник