A víz nyomása - tudás világa
A számításnál a legnagyobb magasság a vízoszlop, Torricelli is válaszolt egy kérdésre, esetleg kérték magukat, és te. Azt hiszem, sokan közületek legalább egyszer életében próbált búvárkodás egy pipa és uszony. Tipikusan ilyen cső nem több, mint 30 centiméter hosszú, és akkor biztos vagyok benne, nagyon tetszik, hogy sokkal hosszabb, és ha lehetne mélyebbre. Mit gondol, milyen mélyre lehet merülni a víz alatt, a légzés egy csövön félelem nélkül fulladás?
Nagyon szeretem ezt a kérdést megválaszolni közvetlenül az osztályban segítségével egy úgynevezett nyomásmérő (szerves részét képezi minden laboratóriumi felszerelés). A készülék nagyon egyszerű, könnyű, hogy otthon; később fogom leírni. Tehát, azt kell kitalálni, hogy milyen messzire mehet a felszín alatt a víz, miközben továbbra is lélegezni levegő a tüdőbe. Ehhez azonosítani, meg kell mérni a hidrosztatikus nyomás a vizet a mellemen, ami növeli a merítés.
Nyomás a minket körülvevő, amely, mint emlékszik, ugyanazt ugyanazon a szinten, az az összeg, a légköri és a hidrosztatikus nyomás. Úszás a felszín alatt a víz, én lélegezni levegő érkezik kívülről. Nyomása egy atmoszféra. Ezért, ha az I. típusú levegő a tüdőbe a csövön keresztül, a nyomás a tüdőben azonos lesz: egy atmoszféra. De a nyomás a mellemen, az összege a légköri és a hidrosztatikus nyomás. Tehát most a nyomás a mellemen magasabb, mint a nyomás a tüdőben; Ez a különbség egyenlő a hidrosztatikus nyomás. Ez nem vezet semmilyen problémát a levegőt, de az ihletet kellett bővíteni a mellkasát. És ha a hidrosztatikai nyomás túl nagy, mert az én merülés túl mély, csak nincs elég izom ereje legyőzni a nyomáskülönbséget, és nem tudom, hogy a következő pillanatban. Ezért, ha azt szeretnénk, hogy mélyebbre, azt kell lélegezni sűrített levegő - leküzdeni a hidrosztatikai nyomás. Azonban hosszú zihálni sűrített levegő káros - az oka annak, hogy mennyi időt szigorúan mély búvárkodás.
De térjünk vissza a Snorkellezés és uszony - milyen mélyen tud úszni a víz alatt a berendezés? Ahhoz, hogy megtudja, én meg a nyomtáv a falon az előadóterem. Képzeljünk el egy átlátszó műanyag cső körülbelül 4 méter hosszú. Én kapcsolódó egyik vége magasan a falon, hogy a bal és a másik, hogy a jobbra miután elrendezve a cső formájában U. mindkét rész kapunk kevesebb mint 2 méter hosszúságú. Ezután öntsük a csőbe áfonyalé, és természetesen úgy van beállítva, az egyes kiemelkedő U-csöveket ugyanazon a szinten. Ezt követően, fújom a jobb végén a cső, nyomja fel a lé a bal oldalon. A függőleges távolság, amelyen én is nyomja ki a levét, mondd el, hogy mélyen merülök a víz alá a csövet. Miért? Mert ez egyértelműen jelzi, hogy mennyi nyomás „ad” a tüdőm, hogy felszámolja a hidrosztatikus nyomás a vizet - áfonyalé és a víz az alkalmazás teljesen egyenértékű, vörös lé még nyilvánvalóbb.
Azt lehajolni, vegyen egy mély levegőt, majd lélegezzük be, megtöltse a tüdejét levegővel, és küzd csapás a jobb oldali végén a csőbe. Arcom majdnem tele, a szem gyönyörködtető, és a lé a bal oldalon a U-csöves araszolnak kúszik fel - kitalálni, mennyit? - akár 50 cm. Ez minden, amit tudok, és tartsa a folyadék ezen a szinten, nem tudok többet, mint egy pár másodpercig. Így toltam a lé a bal oldalon a cső 50 centiméter, ami azt jelenti, hogy én is tolta le ugyanazon a 50 cm, a jobb oldalon, hogy van, az egész mozgott lé pólus függőlegesen körülbelül 100 centiméter, vagy méter. Persze, amikor lélegezni a csövön keresztül a víz alatt, felhívjuk a levegőben, és nem fújja meg; Mi van, ha ez sokkal könnyebb? És töltöm második kísérlet: ezúttal szívni a levét ki a csőből, ismét küzdött. Az eredmény azonban közel azonos; lé az oldalon, amelynek én szopni emelkedik valahol 50 centiméter - és így esik azonos 50 centiméter, a másik oldalon. És megint teljesen kimerült.
Valójában, ez egy pontos utánzata búvár, hogy a mélysége egy méter, amely lehet tekinteni egyenértékű egytized atmoszférában. A tanítványaim Az igazolás általában sokkal meglepte; azt hiszik, hogy a fiatalok, az eredmény sokkal jobb, mint egy idős professzor. És azt javaslom, hogy a legnagyobb, és úgy tűnik, erős fickó, hogy jöjjön fel, és próbálja. Ő próbál nagyon kemény - arc elvörösödött, szeme kidülledt, - de az eredmény sokkoló sportoló. A könnyen mozgatható üzenetre csak néhány centiméter távolabb, mint az enyém.
Kiderült, hogy ez tényleg majdnem a felső határt, hogy milyen mély tudunk merülni a vízbe, és továbbra is lélegezni a csövön keresztül - csak néhány szerencsétlen méter. És akkor lélegezni ezen a szinten, az emberek képesek lesznek néhány másodperc. Ezért a legtöbb csövek búvár sokkal rövidebb, mint egy méter, általában csak húsz-harminc centiméter. Próbálja úszás egy hosszú cső - illeszkedik minden -, hogy mi történik.
Akkor vajon mi erő hat a mellkason, ha belevetik magukat a vízbe úszni egy kis maszk és uszony. Amikor merítettünk egy méter hidrosztatikai nyomás körülbelül egy tizede atmoszféra, vagy más szavakkal, egy-tizede kilogramm négyzetcentiméterenként. A területen az emberi mell - valamit ezer négyzetcentiméter. Így az erő a mellkasát mintegy 1100 kilogramm, és a ható erő a belső falára a mellkas miatt a légnyomás a tüdejében - mintegy ezer kilogramm. Következésképpen a nyomáskülönbség egytizede a hozamok közötti különbség annyi, mint 100 kg! Ha megnézi azt a szempontból, úgy néz ki, sokkal komolyabb, nem igaz? És ha már zuhant 10 méter, a hidrosztatikus nyomás egyenlő lenne egy atmoszféra, azaz kilogramm négyzetcentiméterenként a felszíni és az erő a gyenge mellkas válna csaknem ezer kilogramm (egy tonna) több, mint az ellentétes erő teremtett normál légköri nyomás a tüdőben.
Ezért az ázsiai gyöngy búvárok - némelyik többször merülés 30 méter mély - nagyon veszélyeztetett élet. Nem tudják használni a maszkot egy cső, így kell tartani a levegőt, és ahogy nem tehet mást, mint néhány perc, meg kell dolgozni nagyon gyorsan.
Most már nyilvánvaló, mi a csoda mérnöki egy tengeralattjáró. Képzeld tengeralattjáró elsüllyedt 10 méter, és feltételezik, hogy a légnyomás benne egyenlő egy hangulatot. A hidrosztatikus nyomás (ebben az esetben a különbség a nyomás belül és kívül a hajó) mintegy 10 000 kilogramm, azaz mintegy 10 tonna négyzetméterenként, így láthatja, még egy nagyon kis tengeralattjáró erősnek kell lennie, hogy képes legyen merülj 10 méter.
Ez teszi igazán lenyűgöző elérését a srác, aki feltalálta a tengeralattjáró a korai XVII században - Cornelius van Drebbel (is, mint én, egy holland, amelyet be kell vallanom, nagyon büszke). Tudott lemenni a gyermeke mélységben öt méter, de ebben az esetben is meg kellett küzdenie a hidrosztatikus nyomás a légkör a felére, és miután a hajója készült bőr és a fa! A jelentések szerint abban az időben Van Drebbel sikeresen működtetni egy saját csónak ebben a mélységben a vizsgálatok során a Temzén Angliában. Azt mondják, hogy a modell által elindított hat evezősök, bírta tizenhat utas és marad a víz alatt néhány órára. „Légzötömlö” alatt a víz felszínén tartott különleges úszik. A feltaláló akart hatni King James I, abban a reményben, hogy ő lesz rendelni egy pár ilyen hajók a flotta, de sajnos, a király és tengernagyok találmány hidegen hagyja, a tenger alatt van Drebbel soha nem használt a hadviselésben. Mivel a titkos fegyver, talán tényleg nem volt túl biztató, de egy technikai szempontból, ez egy igazi forradalmi találmány.
Milyen mély tudnak merülni modern tengeralattjáró - a katonai titok, de feltételezik, hogy képesek leereszkedni mélységig ezer méter, ahol a hidrosztatikus nyomás körülbelül 100 bar, azaz egymillió kilogramm (ezer tonna) négyzetméterenként. Nem meglepő, hogy az amerikai tengeralattjáró, rozsdamentes acélból készült, és a magyar - több tartós titán, mert lehet merülni, még mélyebbre.
Bizonyítják, hogy mit történik a tengeralattjáró, ha fal elég erős lesz, vagy ha elsüllyed túl mély, akkor könnyű. Ehhez csatlakoztatni a vákuumszivattyút a doboz festék gallon mennyiség és lassan levegőt szívnak ki. A nyomás különbség a levegő belső és külső nem haladhatja meg az egy hangulat (összehasonlítva egy tengeralattjáró!). Tudjuk, hogy a bankok festék készült elég erős cucc, de a szemünk előtt az eltérés miatt a bank nyomás ráncos, mint az alumínium doboz sört. Az a benyomás, hogy egy láthatatlan óriás megragadta és megszorította a markában. Sokan közülünk, sőt, nem ugyanaz a dolog egy műanyag palackot a víz alól, szopás a levegőt belőle, aminek következtében ez némileg lapított. Szemléletesen azt gondolhatja, hogy a palack gyűrött miatt az erőt, amellyel Ön ragadt rá. Valójában azonban az az oka, hogy amikor kiszívja a levegőt a jar a festék, vagy kint a műanyag palack, a külső levegő nyomása már nem elegendő, hogy teszteljék ellenállnak a belső nyomás. Ez az, ami készen áll bármikor nyomását a légkör. Szó szerint bármikor.
Fém doboz festék, műanyag palack rendkívül banális dolgokat, nem? De ha megnézi őket szemével fizika, akkor valami teljesen más: egy fantasztikus egyensúlya hatalmas erők. Életünk nélkül elképzelhetetlen lenne az ilyen egyenlegek gyakran láthatatlan erők, hogy bekövetkezett a légköri és a hidrosztatikai nyomás, és feltartóztathatatlan gravitációs erőt. Ezek az erők olyan erős, hogy még egy kis megszegése az egyensúly vezet igazi katasztrófa. Képzeljük el, mi fog történni esetén levegő szivárog át a varrás a törzs egy repülőgép repülő magasságban több mint 7,5 km-re (ahol a légköri nyomás csak mintegy 0,25 atmoszféra) sebességgel körülbelül 900 kilométer per óra? Vagy ha a tető a Baltimore alagút található, 15-30 méter alatt a szint a Patapsco folyó, nem lesz legalább tonyusenkaya feltörni?
A következő alkalommal, az utcán egy nagy város, próbálja gondolni, mint egy fizikus. Amit ténylegesen körül látsz? Elsősorban az eredmény egy ádáz harc dúl benne minden épület, és itt nem a háború részeként hivatali politika. Az egyik első sorban az az erő, a Föld gravitációs, ami általában húzza le minden rendű és rangú - és nem csak a falak, a padló és a mennyezet, hanem a táblázatokat, a légkondicionáló, mail csúszdák, liftek, titkárok és az ügyvezető igazgatók és még a reggeli kávé és croissant. Másrészt egyesítjük szilárdságú acél, tégla és beton, és végül maga a Föld, nyomja fel az épületet.
Kiderült, hogy az építészet és az építőipar lehet elképzelni, mint egy művészeti harci lefelé ható erő annak teljesen megáll. Néhány különösen tágas felhőkarcolók tűnnek számunkra nem fogékony a gravitáció. Tény, hogy semmi ilyesmi - egyszerűen át a csatát, hogy új magasságokba, a szó szoros értelmében. És ha belegondolsz, akkor megértjük, hogy ez csak a vihar előtti csend, ami átmeneti jellegű. Építési anyagok korrodálódik, romlik és szétesnek, és az erők a természeti világ örök, kegyetlen és könyörtelen. És a győzelem - csak idő kérdése.
A fennmaradó időt a csatában rendkívül erős erők befolyásolják nemcsak a munkálatok a férfi kezét. Vegyük például, fák. Nyugodt, csendes, nyugodt, lassú növekedésű és zokszó nélkül, az általuk használt több tucat biológiai stratégiák a harcot a nehézségi erő és a hidrosztatikai nyomás. Micsoda bravúr -, hogy készítsen minden évben új ágakat tovább építeni a törzsön, az új gyűrűt, egyre erősebb, és erősebb, míg ugyanabban az időben, és a gravitációs erő hat a fa is fokozódik. És a fa hozza gyümölcslevek a legmagasabb ágak. Hát nem csodálatos, hogy még sikerül felnőni tíz méter? Az én szalma víz nőhet mindössze 10 méterre, miért (és hogyan) emelkedik a fák sokkal nagyobb? A legmagasabb vörösfenyőivel elérheti száz méter magas, és még mindig vízellátását valamennyi felső levelek.
Ezért úgy érzem, hihetetlen szomorúság, látva egy nagy fa törött vihar. Fierce szelek, valamint a jég és a hó kitart az ágak, lehetséges, hogy felborul a kényes egyensúlyt az erő, amely a fa még mindig elég sikeresen. Végiggondolva ezt a véget nem érő csatát, rájöttem, hogy egyre több értékelik a hihetetlenül távoli napon, amikor őseink állt két négyes talpra állt, és elkezdte, hogy megerősítsék a helyét a világban.