Подводно налягане в дълбоките води: как да го измерим

Още от училище всеки знае, че водата е по-плътна от въздуха. Поради тази причина промяната на налягането под водата при гмуркане е по-бърза от промяната на налягането при увеличаване на височината. Например при спускане от 10 метра налягането се увеличава с една атмосфера. в най-дълбоките океански басейни, до 10 000 м, тази стойност е 1 000 атмосфери. По-долу ще бъде описано как да открием как се променя налягането под водата и как то влияе на живите организми.

Физическо изчисление

Плътността на солената вода морска вода 1-2% по-висока от тази на сладководна течност. Така че е възможно да се изчисли с известна точност, което налягане под водата, тъй като на всеки 10 метра гмуркане тя се повишава с една атмосфера. Например, подводница на дълбочина 100 метра ще усеща 10 атмосфери, какво може да бъде сравнете го с налягането в парния котел на парен локомотив. От това следва, че всеки слой в морето има свой собствен хидростатичен индекс. Всички подводници са оборудвани с манометри, които измерват налягането на водата зад борда, по което може да се определи степента на потапяне.

На големи дълбочини свиваемостта на водата става забележима, тъй като плътността ѝ в дълбоките слоеве е по-висока, отколкото на повърхността. А налягането нараства по-бързо от линейния закон, което води до леко отклонение на графиката от правата линия. Допълнителното налягане, предизвикано от компресията на течността, нараства пропорционално на квадрата на. Когато е спуснато на 11 км, то представлява около 3 % от цялото налягане на тази дълбочина.

Как се изследват моретата и океаните

При изследването се използват батискафи и батисфери. Батисферата е стоманена сфера с кухо пространство вътре, за да издържа на много високото налягане в морските дълбини. В стената на батисферата е вграден илюминатор - запечатан отвор, покрит с плътно стъкло. Батисферата с изследователя се спуска от кораба на стоманено въже до слоя вода, който не може да бъде осветен от прожектор. Това устройство дава възможност за спускане на разстояние до 1 километър. Батискафите с батисфера (голям стоманен резервоар, укрепен на дъното), която се пълни с бензин, могат да достигнат още по-големи дълбочини.

Тъй като бензинът е с по-малка плътност от водата, подобна структура може да се носи в морето като дирижабъл във въздуха. Използва се бензин вместо лек газ. Батискафът е оборудван със запас от баласт и двигател, благодарение на който, за разлика от батисферата, може да се движи самостоятелно, без да се нуждае от връзка с кораб на повърхността.

Изследване на подводното налягане в дълбочина

Първоначално батискафът се носи по водата като плаваща подводна лъжица. За да започне гмуркането, в празните баластни отделения се излива морска вода, която кара конструкцията да потъва все по-дълбоко под водата, докато достигне дъното. Баластът се освобождава, за да излезе на повърхността без излишъци Водолазът лесно изплува на повърхността.

Най-дълбокото гмуркане, което батискафът някога е правил, е на 23 януари 1960 г., когато той се гмурка в продължение на 20 минути в Марианската котловина на дълбочина 10919 метра при налягане над 1150 атмосфери (изчислено въз основа на увеличената плътност на течността поради компресията и солеността). В края на експеримента изследователите откриват живи същества, които живеят дори на такива труднодостъпни места.

Налягане на водата

При гмуркане водолазът или плувецът изпитва хидростатично налягане по цялото си тяло. Въпреки че тялото на водолаза не е в пряк контакт с водата поради гумения костюм, то е подложено на същото налягане, което влияе на тялото на плувеца, тъй като въздухът в костюма трябва да се компресира до околна среда. Поради това дори въздухът за дишане, доставян от маркуча, трябва да се изпомпва в зависимост от налягането на водата на предвидената дълбочина. Същата скорост се изисква и за въздуха, подаван от бутилките към маската на водолаза. Поради това водолазите са принудени да дишат въздух с непривична скорост.

Водолазната камбана или кесонът също няма да помогнат срещу налягането, тъй като въздухът трябва да се компресира в камбаната, за да се задържи под камбаната, т.е. да се увеличи до показанията на околната среда. Поради тази причина по време на постепенното гмуркане въздухът се нагнетява непрекъснато в зависимост от налягането на водата на достигнатата дълбочина.

Високите стойности са вредни за нашето благосъстояние и човешкото здраве, Има определен лимит на възможностите на хората да работят без да вреди за здраве. Обикновено гмуркането с водолазен костюм може да достигне повече от 40 метра, което съответства на 4 атмосфери. Водолазите могат да се гмуркат на големи дълбочини само с твърд костюм, който поема налягането на водата. Можете да се гмуркате безопасно на дълбочина до 200 метра.

Въздействие върху човешкото здраве

Значително количество въздух се разтваря в кръвта и другите телесни течности, ако водолазът е потопен за дълъг период от време при високо налягане. Ако водолазът бързо се издигне на повърхността, разтвореният въздух се отделя от кръвта под формата на мехурчета. Внезапното освобождаване на мехурчетата може да причини силна болка по цялото тяло и да доведе до изкривявания. Затова може да отнеме много време (няколко часа), за да се издигне водолаз, който е работил на голяма дълбочина, така че разтвореният газ да се освободи постепенно и без мехурчета.

Налягане на морето и морски животни

Въпреки че преди това са докладвани огромни стойности на налягането от морското дъно, те не са толкова значими за морските животни. Обитателите на морето могат да понасят тези големи колебания лесно и спокойно през деня. Някои такива животни обаче изпитват голям дискомфорт при внезапни промени в налягането. Лавракът например се подува на сушата, особено ако е изваден много бързо от водата.

Атмосферното налягане под вода се изчислява сравнително лесно. Запомнете само, че на всеки 10 метра има 1 атмосфера. Но в по-дълбоките води се проявяват и други фактори, като компресия и плътност на водата. Следователно тези стойности трябва да се вземат предвид.