Сообщение на тему давление на глубине морей и океанов
Обновлено: 16.05.2024
Давление на дне морей и океанов. Исследование морских глубин.
автор Доронина Мария Вт Фев 25, 2014 6:41 pm
Глубина океанов достигает нескольких километров. Поэтому на дне океана огромное давление.Так, например, на глубине 10 км давление составляет около 100 000 000 Па.
На очень больших глубинах уже начинает быть заметной сжимаемость воды: вследствие сжатия плотность воды в глубоких слоях больше, чем на поверхности, и поэтому давление растет с глубиной несколько быстрее, чем по линейному закону, и график давления несколько отклоняется от прямой линии. Добавка давления, обусловленная сжатием воды. На наибольшей глубине океана, равной 11 км, она достигает почти 3% от полного давления на этой глубине.
Но несмотря на это, на дне океана есть жизнь. Преимущественно обитатели этих мест рыбы. Для них характерны большие размеры и причудливые формы.Как же рыбы выдерживают тяжесть слоя воды толщиной в несколько километров? Им это не причиняет никаких болезненных ощущений. Дело в том, что тело, мышцы и кости рыб пропитаны водой, и рыба ощущает одинаковое давление изнутри и снаружи. 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. Тела таких рыб способны выдерживать давление в миллионы паскалей.
Человек при специальной тренировке может без особых предохранительных средств погружаться на глубины до 80 м, давление воды на таких глубинах около 800 кПа. На больших глубинах, если не принять специальных мер защиты, грудная клетка человека может не выдержать давление воды. Для защиты применяют специальные водолазные костюмы. Ещё в 1839 году в России начали появляться английские водолазные костюмы, изобретенные Джоном Дином. Это водолазное снаряжение представляло собой совмещение скафандра Зибе с мощной помпой. Данное снаряжение довольно быстро развивалось, и уже к середине XIX века фактически являлось прототипом современного двенадцатиболтового вентилируемого снаряжения. Чуть позже в России появляется аналог современного трёхболтового снаряжения, изобретённый французом Огюстом Дейнерузом (фр.)
С 1860-х годов было налажено производство двенадцатиболтового снаряжения на российских заводах,. примерно с этого времени в штат экипажа крупных судов были введены корабельные водолазы.
Погружаться под воду люди начали достаточно давно. Уже в 4 тысячелетии до нашей эры находились смельчаки, которые ныряли в бездну, чтобы добыть кораллы. Так же известны случаи, когда воины под водой выстраивали целые искусственные рифы для вражеского судна или же совершали другие мелкие шалости, например, обрезали якоря. Для дыхания они приспосабливали трубки и мешки с воздухом. Но такие устройства были неудобны - мешки постоянно всплывали на поверхность, да и воздуха в них вмещалось маловато. В настоящее время на глубинах до 90м используется водолазный костюм, выполненный из прорезиненной ткани. Он даёт возможность водолазу быть под водой подвижным, способным к любой работе. Так же используется акваланг, который представляет собой баллон со сжатым воздухом. Современный акваланг был изобретён в 1943 году известным французским исследователем Жак-Ивом Кусто в сотрудничестве с талантливым инженером Эмилем Ганьян. Акваланг произвёл революцию в изучении и освоении Мирового океана — человек почувствовал себя в чужой стихии совершенно свободным. За первым изобретением сразу последовали другие.
Современные подводные лодки способны выдержать давление воды на больших глубинах погружения. Внутри прочный корпус разделен на отсеки переборками, что повышает живучесть корабля в случае течи. Глубина погружения - одна из главных характеристик подводного корабля. До первой мировой войны считалась достаточной 50-метровая глубина, так как позволяла подводной лодке укрыться и не быть обнаруженной противником. Позже, с увеличением глубины возрастала свобода движения, лодка становилась мобильнее. На сегодняшний день возможная глубина погружения лодок может составлять в среднем 700 м.
Доронина Мария новичок
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Давление на дне морей и океанов.docx
Океаны и моря могли бы поглотить самые высокие горы, настолько чудовищны их глубины. Мы можем представить себе гору высотой 8–9 километров, но представить себе глубину океана 8–10 километров трудно даже людям с богатым воображением. На дне океана огромное давление. Так, например, на глубине 10 км (а есть и большие глубины) давление составляет около 100 млн. Па.
Несмотря на это, вследствие малой сжимаемости воды, плотность её на дне океанов лишь немного больше, чем вблизи поверхности. Сравнительно недавно, лет 100 назад, о жизни в океанских глубинах было известно совсем мало, и любознательность человека могла питаться лишь фантазией поэтов, изображавших морские глубины, населенными ужасными чудовищами. Но современная наука раскрыла многие тайны моря. Рыбы извлечены из глубин 7000 метров, но и это не предел распространения глубоководных рыб.
Как же рыбы выдерживают тяжесть слоя воды толщиной в несколько километров? Им это не причиняет никаких болезненных ощущений. Дело в том, что тело, мышцы и кости рыб пропитаны водой, и рыба ощущает одинаковое давление изнутри и снаружи. 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.
Ловцы жемчуга могут нырять на глубину 20 – 30 метров, задерживая дыхание на 1 – 2 минуты. Человек при специальной тренировке может без особых предохранительных средств погружаться на глубины до 80 м, где давление достигает около 800 000 Па. На больших глубинах, если не принять специальных мер защиты, грудная клетка человека может не выдержать давления воды.
При очистке дна рек, ремонте подводных частей кораблей, плотин, при подъеме затонувших судов людям приходится работать на разной глубине. Для этого применяют специальные водолазные костюмы (скафандры).
Водолазный костюм изготавливают из прорезиненной ткани и надевают его поверх теплой одежды. На верхнюю часть костюма навинчивают металлический шлем с окошками из толстого стекла. Ботинки водолаза имеют свинцовые подошвы, а на его грудь и спину надевают свинцовые грузы, иначе водолаз не погрузится в воду. В шлем по шлангу непрерывно подают воздух для дыхания. Однако шланг стесняет движения водолаза под водой и уменьшает расстояние, на которое он может удаляться от места погружения.
Лейтенант ВМФ Франции Жак Ив Кусто и инженер Эмиль Ганьян сконструировали автоматический акваланг - устройство, позволяющее свободно дышать под водой газом из баллона. В 1943 году получили патент на своё изобретение. Запас воздуха, сжатый под высоким давлением, содержится в баллонах, которые крепятся на спине пловца. Регулятор, укрепленный на баллоне, подает воздух под тем же давлением, что и на той глубине, на которой находится аквалангист. Для этого служит клапан. С этим оборудованием ныряльщик мог долго оставаться под водой. Дыхание у подводного пловца такое же естественное, как на поверхности. Единственное, что должен сделать ныряльщик, чтобы получить кислород, — это сделать вдох, и акваланг подаст ему порцию воздуха под необходимым давлением. После изобретения акваланга подводное плавание широко распространилось по миру.
С этим оборудованием ныряльщик мог долго оставаться под водой. Дыхание у подводного пловца такое же естественное, как на поверхности. Единственное, что должен сделать ныряльщик, чтобы получить кислород, — это сделать вдох, и акваланг подаст ему порцию воздуха под необходимым давлением. После изобретения акваланга подводное плавание широко распространилось по миру. Аквалангом пользуются и спортсмены- пловцы.
Для исследования моря на больших глубинах используют батисферы и батискафы.
Батисфера используется для погружения на глубину 165м – 1км . Её опускают с подводного судна с помощью троса.
Батискаф не связан тросом с кораблём, он имеет собственный двигатель и может передвигаться на большой глубине в любом направлении.
Со школьных лет всем известно, что вода плотнее воздуха. Из-за этого изменение давления под водой с погружением происходит быстрее, чем смена его при увеличении высоты. Так, при спуске на 10 метров происходит рост давления на одну атмосферу. В глубоких океанических впадинах, достигающих 10 тысяч метров, этот показатель составляет 1 тысячу атмосфер. Как узнать, как изменяется давление под водой и как оно влияет на живых существ, будет описано ниже.
Физические расчеты
Плотность соленой морской воды на 1-2% выше показателя пресной жидкости. Поэтому с определенной точностью можно высчитать, какое давление под водой, потому что при погружении на каждые 10 метров происходит его рост на одну атмосферу. К примеру, подводная лодка на глубине 100 метров испытывает давление в 10 атмосфер, что можно сравнить с показателями внутри парового котла в паровозе. Из этого следует, что каждому слою в море соответствует свой гидростатический показатель. Все подводные лодки снабжены манометрами, которые измеряют давление воды за бортом, на основании чего можно определить степень погружения.
На большой глубине становится заметной сжимаемость воды, поскольку ее плотность в глубоких слоях выше, чем на поверхности. И давление растет быстрее, чем по линейному закону, из-за чего график слегка отклоняется от прямой линии. Дополнительное давление, вызванное сжатием жидкости, увеличивается пропорционально квадрату. При спуске на 11 км оно составляет около 3% от всего давления на этой глубине.
Как исследуют моря и океаны
При изучении используются батискафы и батисферы. Батисфера - это стальной шар с пустотой внутри, который выдерживает очень высокое давление морских глубин. В стенку батисферы ставится иллюминатор - герметичное отверстие, закрытое прочными стеклами. Батисферу с исследователем опускают с корабля на стальном тросе до того слоя воды, который не может осветить прожектор. Благодаря этому приспособлению удавалось спуститься до 1 км. Батискафы с батисферой (укрепленной внизу большой цистерной из стали), которая заполнена бензином, может достигнуть еще большего погружения.
Поскольку плотность бензина меньше воды, подобная конструкция может перемещаться в море, словно дирижабль в воздухе. Вместо легкого газа используется бензин. При этом батискаф снабжен запасом балласта и двигателем, благодаря которому он, в отличии от батисферы, может перемещаться самостоятельно, не требуя связи с кораблем на поверхности.
Исследования давления под водой на глубине
Поначалу батискаф плавает по воде, словно всплывшая подводная ложка. Для начала погружения в пустые балластные отсеки вливается забортная вода, из-за чего конструкция начинает опускаться под воду все глубже и глубже, пока не достигнет дна. Для всплытия на поверхность выполняется сброс балласта, и без лишнего груза батискаф легко поднимается на поверхность.
Самое глубокое погружение с использованием батискафа было выполнено 23 января 1960 года, когда он пробыл 20 минут в Марианской впадине на глубине 10919 метров под водой, где давление составляло более 1150 атмосфер (расчет проводился с учетом повышения плотности жидкости из-за сжатия и солености). По итогу эксперимента исследователи обнаружили живых существ, обитающих даже в таких труднодоступных местах.
Давление воды
Ныряя, аквалангист или пловец сталкивается с гидростатическим давлением по всей поверхности тела, при этом оно превышает нормальные показатели его организма. Хотя тело водолаза может не соприкасаться с водой напрямую за счет резинового костюма, он сталкивается с тем же давлением, что оказывает влияние на тело пловца, поскольку воздух в скафандре требуется сжать с учетом показателей окружающей среды. Из-за этого даже подаваемый через шланг воздух для дыхания должен закачиваться с учетом давления воды на предполагаемой глубине. Тот же показатель обязан быть у воздуха, доставляемого из баллонов в маску аквалангиста. Таким образом, ныряльщикам приходится дышать воздухом с непривычными показателями.
Не поможет от давления и водолазный колокол или кессон, поскольку в нем следует сжать воздух, чтобы он не попал под колокол, то есть увеличить до показателей окружающей среды. По этой причине при постепенном погружении происходит постоянная подкачка воздуха с расчетом на давление воды на достигнутой глубине.
Высокие показатели плохо влияют на самочувствие и здоровье человека, из-за чего есть определенный предел, до которого могут работать люди без вреда для здоровья. Обычно при нырянии в водолазном костюме он достигает 40 метров, что соответствует 4 атмосферам. Опуститься на большую глубину водолаз может только в жестком скафандре, который примет на себя давление воды. В нем можно спокойно погрузиться до 200 метров.
Влияние на здоровье человека
При долгом нахождении под водой при высоком давлении немалое количество воздуха растворится в крови и других биологических жидкостях тела. Если произойдет быстрый подъем водолаза на поверхность, то растворенный воздух начнет выделяться из крови в виде пузырьков. Резкое выделение пузырьков может привести к появлению сильной боли по всему телу и привести к кессонной болезни. Поэтому поднятие водолаза, долго проработавшего на большой глубине, может занять много времени (несколько часов), чтобы растворенный газ выделялся постепенно и без пузырьков.
Давление в море и морские животные
Хотя ранее были указаны огромные значения давления, имеющего место на дне моря, для морских животных это не столь существенные показатели. Местные обитатели могут в течении суток легко и спокойно переносить огромные колебания этого показателя. Однако некоторые такие животные очень плохо переносят резкую смену давления. К примеру, при извлечении на сушу морской окунь раздуется, особенно если его очень быстро извлечь из воды.
Атмосферное давление под водой достаточно просто рассчитывается. Достаточно запомнить, что на каждые 10 метров приходится 1 атмосфера. Однако на больших глубинах вступают в силу и другие показатели, такие как сжатие и плотность воды. В связи с чем придется проводить расчет с учетом этих значений.
Из формулы гидростатического давления следует, что во всех местах жидкости, находящихся на одной и той же глубине, давление жидкости одно и то же. С увеличением глубины оно возрастает. Особенно больших значений оно достигает на дне морей и океанов. Например, на глубине 10 км давление воды составляет около 100 миллионов паскалей!
Несмотря на огромное давление, существующее на таких глубинах, и здесь обитают некоторые животные: различные иглокожие, ракообразные, моллюски, черви, а также глубоководные рыбы. Организм этих животных приспособлен к существованию в условиях большого давления, и точно такое же давление имеется внутри их.
Сюда не доходит солнечный свет (он угасает уже на глубине 180 м), и потому здесь царствует мрак. Обитатели глубин либо слепые, либо, наоборот, имеют очень развитые глаза. Некоторые из глубоководных животных светятся собственным светом.
Человек начал осваивать подводный мир еще в глубокой древности. Опытные, хорошо тренированные ныряльщики (ловцы жемчуга, собиратели губок), задерживая дыхание на 1—2 мин, погружались без всяких приспособлений на глубину 20—30 (а иногда и более) метров.
Опускаться на очень большие глубины человек без специального снаряжения не может. Этому мешает как отсутствие воздуха, так и огромное гидростатическое давление, прогибающее ребра грудной клетки настолько, что они могут не выдержать и сломаться.
Следует иметь в виду, однако, что дышать через трубку, выступающую над поверхностью воды, можно лишь тогда, когда глубина погружения не превышает 1,5 м.
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.
На глубине, превышающей 1,5 м, можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления, равного давлению воды на данной глубине.
В 1943 г. французами Ж. Кусто и Э. Ганьяном был изобретен акваланг — специальный аппарат со сжатым воздухом, предназначенный для дыхания человека под водой (рис. 101). Благодаря этому изобретению плавание под водой стало увлекательным и распространенным видом спорта. Акваланг 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. У человека нарушается координация движений, мутится сознание.
При подводных работах на разных глубинах используют специальные водолазные скафандры. Если скафандр мягкий (резиновый), то глубина погружения обычно не превосходит нескольких десятков метров.
Для исследования морей и океанов на больших глубинах используют батисферы и батискафы (рис. 103). Батисферу опускают с надводного судна с помощью троса. Впервые она была использована итальянцем Бальзамелло в 1892 г.
Глубина погружения тогда составляла 165 м; впоследствии она превысила 1 км.
1. Каким образом человек может дышать, находясь под водой? 2. Что препятствует погружению людей без специальных приспособлений иа большие глубины? 3. Что такое акваланг? Почему в нем используется не обычный, а сжатый воздух? 4. Чем отличается батискаф от батисферы?
Читайте также: