Tryckberoende på djupet av nedsänkningen i vatten. Vattentrycket i havets djup

Kom ihåg att trycket p bestäms av sambandet

där F är modulen för tryckkraften, S är den yta på vilken tryckkraften verkar. Tryckkraften riktas vinkelrätt mot ytan.

Tryck är en skalär storhet. Det mäts i N pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/m2. Atmosfärstrycket är cirka 10 5 Pa. De överliggande vätskeskikten pressar med sin vikt på de underliggande skikten. Därför ökar trycket i en vätska med djupet. Vätsketryckets beroende av djupet kan härledas genom att hitta tryckkraften på botten av ett cylindriskt kärl.

1. Visa att trycket för en vätska med densiteten ρ på djupet h (om man bortser från atmosfärstrycket) uttrycks med formeln

Ledtråd. Hitta kraften av vätsketrycket på botten av ett cylindriskt kärl och använd formel (1).

Om externt tryck appliceras på vätskans yta (till exempel kolvtryck eller atmosfärstryck), så uttrycks vätsketrycket på djupet h med formeln

p = p ext + ρgh.

2. På vilket djup är trycket i sjön 2 gånger större än atmosfärstrycket? I många problem (till exempel när man hittar Arkimedeskraften) spelar bara skillnaden i vätsketryck på olika djup roll, och i denna skillnad minskas bidraget från atmosfärstrycket. I sådana fall tas därför inte hänsyn till atmosfärstrycket, det vill säga trycket på djupet h hittas med formel (2). Vi kommer också att göra detta, utan att särskilt föreskriva detta varje gång.

Om ett kärl innehåller flera oblandbara vätskor med olika densiteter, är trycket de skapar lika med summan av trycken som skapas av lagret av varje vätska.

3. Ett cylindriskt kärl med en bottenyta på 1 dm2 innehåller vatten och fotogen (dessa vätskor blandas inte). totalvikt vätskor 2,8 kg, den övre nivån av fotogen är på en höjd av 30 cm från botten. Fotogenens densitet är 0,8 av vattnets densitet.
a) På vilken höjd från botten finns gränsytan mellan vätskorna?
b) Hur stor är massan av fotogen?

4. Ett U-format rör med lika stora armbågar, var och en med en tvärsnittsarea på 10 -3 m2, innehåller vatten (Fig. 37.1). 0,1 kg fotogen hälls i vänster knä.

A) Rita på ritningen vätskornas position i rörets armbågar.
b) Hur hög är fotogenpelaren?
c) Vilket tryck har vätskor vid gränsytan mellan vätskor?
d) Hur stor är höjden på vattenpelaren i höger knä över vätskeseparationsnivån?
e) Hur mycket steg vattennivån i höger knä jämfört med utgångsläget?
Ledtråd. I höger knä har vattennivån stigit lika mycket som den har sjunkit i vänster knä (eftersom vattenvolymen inte har förändrats).

2. Arkimedes lag

Låt oss betrakta krafterna av vätsketrycket på en kub nedsänkt i vätska (Fig. 37.2).

Tryckkrafterna på kubens sidoytor är inbördes balanserade. Men tryckkrafterna på topp- och bottenytorna är inte balanserade: eftersom vätsketrycket ökar med djupet verkar en större tryckkraft på kubens undersida än på toppen.

Följaktligen riktas resultanten av tryckkrafterna som verkar på alla områden av kubens yta uppåt. Detta är den flytande kraften, eller Arkimedesstyrkan, som du känner till från grundkursen i skolans fysik.

5. Vilken är Arkimedeskraften som verkar på en kub med kantlängd a, nedsänkt i en vätska med densiteten ρ?

Låt oss hitta vad modul är lika Arkimedeskraften som verkar på en kropp av godtycklig form, vart denna kraft riktas och vid vilken tidpunkt den appliceras. I figur 37.3 visar de röda pilarna schematiskt de vätsketryckkrafter som verkar på delar av kroppen i samma område. Dessa krafter ökar med ökande djup.


Låt oss mentalt ersätta kroppen nedsänkt i en vätska med samma vätska. Samma tryckkrafter kommer att verka på ytareorna av denna "flytande" kropp som på denna kropp (Fig. 37.3, b). Följaktligen, resultatet av tryckkrafterna som verkar på vätskan i volym given kropp, kommer att vara samma som Arkimedes-kraften som verkar på den givna kroppen själv.

Notera nu att den tilldelade volymen vätska är inuti samma vätska i jämvikt. Följaktligen balanserar tyngdkraften m och Arkimedeskraften A som verkar på den varandra, det vill säga de är lika stora och riktade motsatt (Fig. 37.3, c). Det följer att
en kropp nedsänkt i en vätska påverkas av en uppåtriktad Archimedeskraft A, lika stor som vätskans vikt i volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i vätskan:

F A = ​​ρgV dränkbar (3)

Ovanstående slutsats visar att Arkimedeskraften appliceras i tyngdpunkten för den vätskevolym som förskjuts av kroppen (Fig. 32.3, c).

Det resulterande uttrycket för Arkimedeskraften och uttalandet om punkten för dess tillämpning är också giltiga när kroppen endast delvis är nedsänkt i vätskan.

6. Vid ändarna av en lätt stav av längd (aluminium- och mässingkulor med lika massa är upphängda. Systemet är i jämvikt. Staven tillsammans med bollarna är nedsänkta i vatten.
a) Kommer spöets balans att upprätthållas? Och om inte, vilken boll i vattnet väger upp?
b) I riktning mot vilken kula ska stavens upphängningspunkt flyttas så att den är i jämvikt i vattnet?
c) Låt oss beteckna längden på stången l, massan av kulorna m, densiteterna för vatten, aluminium och mässing ρ in, ρ a och ρ l, samt volymerna för kulorna V a och V l. Låt oss beteckna förskjutningsmodulen för upphängningspunkten med x. Förklara varför ekvationen är sann:

d) Hur mycket måste stavens upphängningspunkt flyttas så att den är i jämvikt i vatten, om l = 1 m är densiteten för mässing 3 gånger densiteten för aluminium, och densiteten för aluminium är 2,7 gånger densiteten av vatten?

7. En fjäder är fäst i botten av akvariet, till den övre änden av vilken en träkula är fäst (bild 37.4). Vad är trädets densitet om fjäderns elastiska deformationsenergi inte ändras efter att vatten har hällts in i akvariet? Antag att bollen är helt nedsänkt i vatten.

8. En tunn plastpinne med massan m och längden l upphängd i ena änden är delvis nedsänkt i vatten och är i jämvikt i lutande läge (Fig. 37.5). I det här fallet är längden på den del av pinnen som är nedsänkt i vatten lika med l 1. Låt oss beteckna tvärsnittsarean för stickan S, densiteten för plasten ρ p, densiteten av vattnet ρ w.

a) Rita på ritningen tyngdkraften och Arkimedeskraften som verkar på pinnen. Förklara varför ekvationerna är giltiga:

b) Vad är densiteten för plasten om l 1 = 0,5l?

Stick i ett glas vatten

Låt oss återgå till pinnen i glaset, diskuterad i § 36. Men låt nu glaset fyllas till toppen med vatten (fig. 37.6). Vi kommer att anta att pinnens position inte har ändrats.

? 9. Hur och varför förändrades tryckkraften från glaskanten på pinnen efter att glaset fyllts med vatten?
Låt oss presentera följande notation:
l – pinnlängd,
S – dess tvärsnittsarea,
m är pinnens massa,
ρ – stickdensitet,
ρ in – densitet av vatten,
h – glasets höjd,
d är dess diameter.

För att förenkla formlerna är det bekvämt att beteckna α vinkeln mellan pinnen och vertikalen, och längden på den del av pinnen som finns i glaset b (α och b kan uttryckas i termer av h och d, men det är bekvämare att införa egna beteckningar för dem för att förenkla formlerna).

Vi betecknar kraften som verkar på pinnen från glaskanten med k, och Arkimedeskraften med A.

10. Ange på ritningen i din anteckningsbok alla krafter som verkar på pinnen och förklara varför ekvationerna är giltiga:

11. I ett slätt cylindriskt glas med en diameter på 6 cm och en höjd av 8 cm finns en tunn pinne 15 cm lång.Pinnens densitet är 2 gånger vattentätheten. Hur många gånger kommer tryckkraften från pinnen på glaskanten att minska efter att den har fyllts med vatten?

3. Flytkroppar

Skick för flytande kroppar

När en kropp flyter balanserar Arkimedeskraften A som verkar på den tyngdkraften m. Därför,

Detta gäller för vilken kropp som helst och vilken vätska som helst, oavsett om kroppen är helt nedsänkt i vätskan (fig. 37.7, a) eller delvis (fig. 37.7, b).

(Punkten för tillämpningen av Arkimedeskraften kanske inte sammanfaller med tillämpningspunkten för tyngdkraften. Men eftersom endast det första jämviktstillståndet används här, avbildar vi dessa krafter på ritningen som applicerade vid en punkt.)

? 12. Identiska träkulor flyter i vatten och fotogen. Vilken boll upplever den största Archimedes-kraften?

Simning av homogena kroppar

Massan m för en homogen kropp är relaterad till dess densitet ρт och volym V genom relationen

m = ρ t V. (5)

Och Arkimedeskraften är lika med vätskans vikt i volymen av den nedsänkta delen av kroppen. Låt oss beteckna densiteten av vätskan ρl och volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i vätskan V nedsänkt. Sedan

F A = ​​ρ f gV dränkbar (6)

13. Förklara varför förhållandet är sant

V nedsänkning /V = ρt/ρ vätska. (7)

Ledtråd. Använd formlerna (4), (5), (6).

14. Låt oss återgå till två identiska träkulor, varav den första flyter i vatten och den andra i fotogen. Massan av varje boll är 100 g.
a) För vilken boll är volymen av den nedsänkta delen större?
b) Hur mycket större är volymen av den nedsänkta delen av en boll än den andra?

Låt kroppen nu flyta på gränsen mellan två vätskor (Fig. 37.8). Hur hittar man volymen av en kroppsdel ​​nedsänkt i varje vätska?

Resonemang som i att härleda uttryck (3) för Arkimedeskraften, låt oss ersätta de delar av kroppen som är belägna i olika vätskor med två "kroppar" av samma volym och form, bestående av motsvarande vätskor. (I det här fallet måste vi överväga att den del av kroppen som ligger ovanför gränsytan mellan vätskorna (streckad linje i figur 37.10) är nedsänkt i den övre vätskan och under denna gräns som nedsänkt i den nedre vätskan.)

Dessa kroppar kommer att vara i jämvikt i "sina" vätskor. Följaktligen är resultanten av tryckkrafterna som appliceras på alla delar av kroppens yta riktad uppåt och är lika stor som den totala vikten av vätskorna i den volym som förskjuts av kroppen.

15. När ett block flyter på gränsen mellan två vätskor, trycker den övre (lättare) vätskan ner på det (bild 37.9)! Varför ska vi, när vi hittar den flytande kraften som verkar på blocket, anta att Arkimedeskraften som verkar på det från sidan av den lättare vätskan är riktad uppåt?

16. En kropp med volym V och densitet ρт flyter på gränsen mellan två vätskor vars densiteter är ρ 1 och ρ 2. Låt oss beteckna volymerna av kroppsdelar nedsänkta i varje vätska som V 1 och V 2 . Förklara varför följande ekvation är sann:

ρ 1 V 1 + ρ 2 V 2 = ρтV.

17. Ett 10 cm högt plastblock flyter på gränsen mellan vatten och fotogen och blocket är nedsänkt 4 cm i vatten Vad är blockets densitet?

Simning av inhomogena kroppar

Om kroppen är heterogen (till exempel gjord av olika material eller har en hålighet), kan volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i vätska också hittas med formel (4). Låt oss komma ihåg: hon hävdar att Arkimedeskraften som verkar på en flytande kropp balanserar tyngdkraften.

18. En ihålig kopparkula flyter på vattenytan. Kulans radie är 10 cm, och väggtjockleken är 1 mm. Vilken del av sfärens volym är nedsänkt i vatten?
Ledtråd. Volymen av en boll med radie r och dess yta uttrycks med formlerna V = (4πr 3)/3, S = 4πr 2. Om tjockleken på bollens d är mycket mindre än dess radie, uttrycks volymen av dess väggar (skal) med en god grad av noggrannhet med formeln V ob = Sd, där S är ytarean på bollen.

19. Ett platt isflak med en yta av 5 m2 och en tjocklek av 10 cm flyter på vattenytan. Isens densitet är 0,9 av vattnets densitet.
a) Vilken är den minsta massan som måste placeras på isflaket så att den är helt nedsänkt i vatten?
b) Vad är det minsta arbete som måste göras för att helt sänka isflaket i vattnet?

Ledtråd. I det här fallet, när du hittar arbetet med att lyfta eller sänka en kropp, kan du ta genomsnittet aritmetiska värden Arkimedes kraft som verkar på kroppen i det initiala och slutliga tillståndet.

Går en kropp nedsänkt i vatten ner i vikt?

Låt oss lägga erfarenhet
Vi väger en cylinder gjord av en lättmetallegering och ett glas till hälften fyllt med vatten (fig. 37.10, a), och sänker sedan ned cylindern som är upphängd från dynamometern i ett glas vatten (fig. 37.10, b).


Vi kommer att se att dynamometeravläsningarna har minskat. Detta är lätt att förklara: en cylinder nedsänkt i vatten påverkas av Arkimedesstyrkan.
Betyder detta att vikten av en kropp nedsänkt i en vätska minskar med en mängd som är lika med flytkraften?

Nej, det gör det inte! Låt oss komma ihåg att vikt är den kraft med vilken kroppen sträcker upp fjädringen eller trycker på stödet. När cylindern är nedsänkt i vatten minskar inte dess vikt, utan omfördelas: suspensionen (dynamometern) står nu för endast en del av cylinderns vikt, och resten av vikten faller på stödet (vatten). Detta är lätt att verifiera: när cylindern var nedsänkt i vatten ökade avläsningarna på vågen som vattenglaset stod på med samma mängd som avläsningarna på dynamometern till vilken cylindern var upphängd.

När en person ligger på vattnet (fig. 37.11) balanserar Arkimedeskraften som verkar på honom tyngdkraften. Men denna person är inte i viktlöshet: vattnet tjänar honom som mycket mjukt, men ändå ett stöd. Personens tyngd appliceras på vattnet och lika med kraft gravitation (som för alla kroppar i vila).

? 20. Är en fisk i ett tillstånd av viktlöshet i vattnet?

Ytterligare frågor och uppgifter

21. När en kropp som är upphängd i en dynamometer är nedsänkt i vatten är dynamometeravläsningarna lika med P in, och när samma kropp är nedsänkt i fotogen är dynamometeravläsningarna lika med P k. Vad blir dynamometeravläsningarna P lika med till om kroppen är i luften? Tänk på att kroppens densitet är större än densiteten av vatten, och densiteten av fotogen är 0,8 av vattnets densitet.

22. En kub med en densitet på 900 kg/m 3 flyter i ett kärl med vatten. Längden på kubens kant är 10 cm. Ett lager fotogen hälls ovanpå vattnet så att den övre nivån av fotogen ligger i jämnhöjd med kubens överkant.
a) Vad är tjockleken på fotogenlagret?
b) Hur mycket har djupet av kubens nedsänkning i vatten förändrats?

23. Aluminium- och mässingkulor med lika volym balanseras i ändarna av en lätt stav 1 m lång. Staven tillsammans med bollarna sänks i vatten. Kommer spöets balans att upprätthållas? Och om inte, vilken boll i vattnet väger upp?

24. En lång stålkedja är fäst vid en träkula med en massa på 20 kg och en densitet på 400 kg/m3. Massan av 1 m kedja är 1 kg. Ta stålets densitet lika med 8 * 10 3 kg/m 3. Kulan och kedjan sänks ner i sjön så att en del av kedjan ligger i botten. På vilken höjd från botten kommer bollen att vara i jämvikt om den är helt nedsänkt i vatten? Tänk på att bollens radie jämfört med nedsänkningsdjupet kan försummas.

25. I ett högt, slätt cylindriskt glas med en diameter på 6 cm finns en tunn pinne 10 cm lång och väger 100 g (Fig. 37.12). Pinnens densitet är 2 gånger vattentätheten. Med vilken kraft trycker pinnens övre ände mot glasets vägg när vatten hälls i glaset till mitten av pinnen?

Ledtråd. Den erforderliga kraften riktas horisontellt. Tillämpa det andra jämviktstillståndet i förhållande till den nedre änden av pinnen.

En persons vistelse under vatten i en miljö som är ovanlig för honom har betydande egenskaper. När den är nedsänkt i vatten upplever en person, förutom det atmosfäriska lufttrycket som verkar på vattenytan, dessutom hydrostatiskt (överskott) tryck. Totalt (absolut) tryck, mätt från noll - fullständigt vakuum, som en person faktiskt upplever under vatten:

eller ungefär för färskvatten

Pa - där är det absoluta vattentrycket, kgf/cm²;

Pb - atmosfäriskt lufttryck, kgf/cm²;

Ri - överskott av vattentryck, kgf/cm²;

B - barometertryck luft, mmHg Konst.;

Y - vattens specifik vikt, kgf/m³;

H - nedsänkningsdjup, m.

Exempel 1.1. Bestäm det absoluta vattentrycket som verkar på en ubåtssimmare på ett djup av 40 m:

1) till sjöss, om atmosfärstrycket (barometriskt) är 760 mm Hg. Konst. och specifik vikt havsvatten 1025 kgf/m³;

2) i en fjällsjö, om atmosfärstrycket är 600 mm Hg. Konst. och sötvattens specifika vikt är 1000 kgf/m³;

3) i en platt behållare med färskvatten, om atmosfärstrycket är 750 mm Hg. Konst.

Lösning.

Absolut vattentryck: 1) i havet enligt (1.1)

2) i en fjällsjö enligt (1.1)
3) i en platt behållare enligt (1.1)
eller av (1.2)
Resultaten av exemplet visar att i de flesta fall, med tillräcklig noggrannhet för praktiken, kan ungefärlig formel (1.2) användas för beräkningar.

Det absoluta vattentrycket på en person ökar avsevärt med nedsänkningsdjupet. Så på ett djup av 10 m, jämfört med atmosfärstrycket, fördubblas det och är lika med 2 kgf/cm² (200 kPa), på ett djup av 20 m tredubblas det, etc. Den relativa tryckökningen minskar dock med ökande djup.

Som framgår av tabellen. 1.1 sker den största relativa tryckökningen i zonen för de första tio metrarna av nedsänkningen. I denna kritiska zon observeras betydande fysiologiska överbelastningar, vilket inte bör glömmas bort, särskilt för nybörjare undervattenssimmare (se 10.2).

Omlopp under vatten, på grund av ojämnt hydrostatiskt tryck på olika delar av kroppen, har det sina egna egenskaper. Till exempel, med en vertikal position av en person med medelhöjd (170 cm) i vatten, oavsett nedsänkningsdjupet, kommer hans fötter att uppleva ett hydrostatiskt tryck som är 0,17 kgf/cm² (17 kPa) mer än hans huvud.

Tabell 1.1. Ändring i vattentryck beroende på nedsänkningsdjup

Till de övre delarna av kroppen, där trycket är lägre, strömmar blod in (överflöd), från de nedre delarna av kroppen, där trycket är större, rinner det ut (delblödning). Denna omfördelning av blodflödet ökar belastningen på hjärtat något, vilket måste övervinna större motstånd mot blodets rörelse genom kärlen.

När kroppen är i horisontellt läge i vatten är skillnaden i hydrostatiskt tryck på bröstet och ryggen liten - endast 0,02...0,03 kgf/cm² (2...3 kPa) och belastningen på hjärtat ökar något.

Andetag under vatten är möjligt om det yttre vattentrycket är lika med det inre lufttrycket i systemet "lungor - andningsapparat" (Fig. 1.1). Underlåtenhet att följa denna jämlikhet gör det svårt eller till och med omöjligt att andas. Att andas genom ett rör på ett djup av 1 m med en skillnad mellan yttre och inre tryck på 0,1 kgf/cm² (10 kPa) kräver således mycket spänning i andningsmusklerna och kan inte hålla länge, och på ett djup av 2 m andningsmusklerna kan inte längre övervinna tryckvattnet på bröstet.

En person som vilar på ytan tar 12...24 andetag per minut, och hans lungventilation (minut andningsvolym) är 6...12 l/min.

Ris. 1.1. Graf över det erforderliga lufttrycket i systemet "lungor - andningsapparat" beroende på nedsänkningsdjupet: 1 - överskott (enligt tryckmätaren) lufttryck; 2 - absolut lufttryck

Under normala förhållanden, med varje inandning och utandning, byts inte mer än 1/6 av den totala luften i dem i lungorna. Resten av luften stannar kvar i lungornas alveoler och är det medium där gasutbyte med blodet sker. Alveolär luft har en konstant sammansättning och innehåller, till skillnad från atmosfärisk luft, 14 % syre, 5,6 % koldioxid och 6,2 % vattenånga (se 1.2).

Även mindre förändringar i dess sammansättning leder till fysiologiska förändringar, som är kroppens kompenserande försvar. Med betydande förändringar kommer det kompensatoriska försvaret inte att klara sig, vilket resulterar i smärtsamma (patologiska) tillstånd (se 10.5...10.8).

Inte all luft som kommer in i kroppen når lungalveolerna, där gasutbyte sker mellan blodet och lungorna. En del av luften fyller kroppens andningsvägar (luftrör, bronkier) och deltar inte i gasutbytesprocessen. När du andas ut tas denna luft bort utan att nå alveolerna. När du andas in får alveolerna först luften som blir kvar i andningsvägarna efter utandning (utarmad på syre, med hög halt av koldioxid och vattenånga), och sedan frisk luft.

Volymen av kroppens andningsvägar, där luften fuktas och värms upp men inte deltar i gasutbytet, är cirka 175 cm³. När man simmar med andningsapparat (andningsslang) fördubblas nästan den totala volymen av andningsvägarna (kropp och apparat). Samtidigt försämras ventilationen av alveolerna och prestandan minskar.

Intensiva muskelrörelser under vatten kräver en stor förbrukning av syre, vilket leder till ökad lungventilation, vilket resulterar i en ökning av luftflödets hastighet i kroppens andningsvägar och apparaten (andningsslangen). I detta fall ökar andningsmotståndet i proportion till kvadraten på luftflödeshastigheten. När densiteten av tryckluft ökar i enlighet med nedsänkningsdjupet ökar också andningsmotståndet.

Andningsmotstånd har en betydande inverkan på varaktigheten och hastigheten av simning under vattnet.

Om andningsmotståndet når 60...65 mm Hg. Konst. (8...9 kPa), andningen blir svår och andningsmusklerna tröttnar snabbt. Genom att sträcka ut inandnings- och utandningsfasen över tid kan du minska hastigheten på luftflödet i luftvägarna. Detta leder till en liten minskning av lungventilationen, men minskar samtidigt andningsmotståndet märkbart.

Bärighet. På grund av den höga densiteten av vatten befinner sig en person som är nedsänkt i det i förhållanden nära viktlöshet. Vid utandning är den genomsnittliga specifika vikten för en person i intervallet 1020...1060 kgf/m³ (10.2...10.6 kN/m³) och negativ flytförmåga på 1...2 kgf (10...20 N) ) observeras - skillnaden mellan vikten av vatten som förskjuts av en kropp och dess vikt. Vid inandning minskar den genomsnittliga specifika vikten för en person till 970 kgf/m³ (9,7 kN/m³) och en lätt positiv flytkraft uppträder.

När du simmar i vattentäta kläder, på grund av luften i dess veck, ökar den positiva flytförmågan, vilket försvårar nedsänkning i vatten. Flytkraften kan justeras med hjälp av vikter. För simning under vattnet skapas vanligtvis en liten negativ flytkraft - 0,5... 1 kgf (5... 10 N). Stor negativ flytkraft kräver konstanta aktiva rörelser för att hålla på önskat djup och skapas vanligtvis endast när man arbetar med stöd på marken (objekt).

Orientering under vattnet ger vissa svårigheter. På ytan orienterar sig en person miljö med hjälp av synen, och balansen i hans kropp upprätthålls med hjälp av den vestibulära apparaten, muskel-artikulära sinnen och förnimmelser som uppstår i de inre organen och huden när kroppens position förändras. Han upplever ständigt gravitationens verkan (en känsla av stöd) och uppfattar den minsta förändring i kroppens position i rymden.

När man simmar under vattnet berövas en person det vanliga stödet. Under dessa förhållanden är det enda sensoriska organet som orienterar en person i rymden den vestibulära apparaten, vars otoliter fortsätter att påverkas av tyngdkrafterna. Orientering under vattnet är särskilt svårt för en person med noll flytkraft. Under vattnet gör en simmare med slutna ögon fel när han bestämmer sin kropps position i rymden i en vinkel på 10...25°.

En persons position har stor betydelse för orienteringen under vatten. Den mest ogynnsamma positionen anses vara på ryggen med huvudet bakåtkastat.

När kallt vatten kommer in i hörselgången på grund av irritation av den vestibulära apparaten, blir simmaren yr, det blir svårt att bestämma riktningen och felet når ofta 180°.

För att navigera under vattnet tvingas en simmare att använda yttre faktorer som signalerar kroppens position i rymden: rörelsen av bubblor av utandningsluft från apparaten, bojar etc. En simmars träning är av stor betydelse för orientering under vattnet.

Vattentålighet har en märkbar effekt på simhastigheten. Vid simning på ytan med en hastighet av 0,8...1,7 m/s ökar motståndet mot kroppsrörelser i enlighet därmed från 2,5 till 11,5 kgf (från 25 till 115 N). När du simmar under vattnet är det mindre motstånd mot rörelse, eftersom undervattenssimmaren intar en mer horisontell position och behöver inte periodvis lyfta huvudet ur vattnet för att ta ett andetag. Dessutom, under vattnet finns det mindre bromskraft från vågor och turbulens till följd av simmarens rörelser. Erfarenheter i poolen visar att samma person som simmar en sträcka på 50 m bröstsim på 37,1 s simmar samma sträcka under vattnet på 32,2 s.

Medelhastigheten för att simma under vattnet i våtdräkter med apparaten är 0,3...0,5 m/s. På korta avstånd kan vältränade simmare nå hastigheter på 0,7.., 1 m/s, vältränade - upp till 1,5 m/s.

Kylning av kroppen Det förekommer mer intensivt i vatten än i luft. Vattnets värmeledningsförmåga är 25 gånger, och värmekapaciteten är 4 gånger större än luft. Om en person kan stanna i luften vid 4 ° C i 6 timmar utan fara för hans hälsa och hans kroppstemperatur inte sjunker, dör i de flesta fall en ohärdad person utan skyddskläder av hypotermi efter 30 .. i vatten vid samma temperatur. .60 min. Kylningen av kroppen ökar med sjunkande vattentemperatur och i närvaro av ström.

I luftmiljön uppstår en intensiv värmeförlust vid en lufttemperatur på 15...20°C som ett resultat av strålning (40...45%) och avdunstning (20...25%) och andelen värme överföring genom ledning står för endast 30.. .35%.

I vatten förlorar en person utan skyddskläder värme främst genom ledning. I luft uppstår värmeförlust från ett område på cirka 75% av kroppsytan, eftersom det finns värmeväxling mellan kontaktytorna på benen, armarna och motsvarande områden på kroppen. I vatten sker värmeförlust från hela kroppens yta.

Luft i direkt kontakt med huden värms snabbt upp och har faktiskt en högre temperatur än den omgivande luften. Även vinden kan inte helt ta bort detta lager från huden. varm luft. I vattnet med hennes stora specifik värmekapacitet och hög värmeledningsförmåga, skiktet intill kroppen hinner inte värmas upp och förskjuts lätt av kallt vatten. Därför sjunker kroppstemperaturen i vatten mer intensivt än i luften. Dessutom, på grund av ojämnt hydrostatiskt vattentryck, kyls de nedre delarna av kroppen, som upplever större tryck, mer och har en lägre hudtemperatur än de övre områdena, som är mindre komprimerade av vatten.

Kroppens termiska förnimmelser i luft och i vatten vid samma temperatur är olika. I tabell 1,2 dan Jämförande egenskaper mänskliga förnimmelser vid samma temperatur av vatten och luft.

Tabell 1.2. Termiska förnimmelser av kroppen i luft och vatten

På grund av intensiv kylning och komprimering av hydrostatiskt tryck, minskar hudens känslighet i vatten, smärtan dämpas, så små skärsår och till och med sår kan förbli obemärkta.

När man går under vattnet i vattentäta kläder sjunker hudtemperaturen ojämnt. Den största minskningen av hudtemperaturen observeras i extremiteterna (tabell 1.3).

Hörbarhet i vatten förvärras, eftersom ljud under vatten uppfattas främst genom benledning, vilket är 40 % lägre än luftledning.

Hörbarhetsintervallet under benledning beror på ljudets tonhöjd: ju högre ton, desto bättre hörs ljudet. Det har praktisk betydelse för kommunikation mellan simmare och med underlaget.

Vid dykning i utrustning med volymetrisk hjälm bibehålls luftledningen nästan helt.

Tabell 1.3. Genomsnittlig hudtemperatur för en ubåtssimmare efter att ha vistats i kallt vatten (1...9°C) i vattenskyddande kläder i 2 timmar

Ljud i vatten färdas 4,5 gånger snabbare än i atmosfären, så under vatten kommer en signal från en ljudkälla på sidan till båda öronen nästan samtidigt, skillnaden är mindre än 0,00-001 s. En sådan liten skillnad i tidpunkten för signalens ankomst är inte tillräckligt differentierad, och en tydlig rumslig uppfattning av ljud uppstår inte. Följaktligen är det svårt för en person att fastställa riktningen för ljudkällan under vattnet.

Synlighet i vatten beror på mängden och sammansättningen av ämnen som är lösta i den, suspenderade partiklar som sprider ljusstrålar. I lerigt vatten, även i klart soligt väder, är sikten nästan obefintlig.

Djupet av ljusinträngning i vattenpelaren beror på strålarnas infallsvinkel och vattenytans tillstånd. Solens sneda strålar som faller på vattenytan tränger ner till ett grunt djup och mest av de reflekteras från vattenytan. Svaga vågor eller vågor minskar dramatiskt sikten i vattnet.

På ett djup av 10 m är belysningen 4 gånger mindre än på ytan. På ett djup av 20 m minskar belysningen med 8 gånger och på ett djup av 50 m - flera tiotals gånger. Strålar med olika våglängder absorberas ojämnt. Den långvågiga delen av det synliga spektrumet (röda strålar) absorberas nästan helt av vattenytskikten. Den kortvågiga delen (violetta strålar) i det mest genomskinliga havsvattnet kan tränga in till ett djup av högst 1000...1500 m. Gröna strålar tränger inte in djupare än 100 m.

Undervattensseende har sina egna egenskaper. Vatten har ungefär samma brytningsförmåga som ögats optiska system. Om en simmare dyker utan mask passerar ljusstrålar genom vattnet och kommer in i ögat utan att brytas. I det här fallet konvergerar strålarna inte vid näthinnan, utan mycket längre bakom den. Som ett resultat försämras synskärpan 100...200 gånger, och synfältet minskar, bilden av föremål visar sig vara oklar, suddig och personen blir långsynt.

När en dykare som bär en mask dyker passerar en ljusstråle från vattnet genom luftlagret i masken, kommer in i ögat och bryts som vanligt i dess optiska system. Men undervattenssimmaren ser bilden av föremålet något närmare och högre än dess faktiska plats. Själva föremålen verkar mycket större under vatten än i verkligheten. Erfarna simmare anpassar sig till dessa visuella egenskaper och upplever inga svårigheter.

Färguppfattningen försämras också kraftigt i vatten. Blått och blått uppfattas särskilt dåligt gröna färger, som ligger nära vattnets naturliga färg, vitt och orange är bäst.

Fram
Innehållsförteckning
Tillbaka

Det finns legender om att sjunkna fartyg i havet inte sjunker till botten, utan hänger på något djup och färdas tillsammans med havsströmmar. Är detta rättvist? Vattentrycket i havets djup når verkligen enorma värden. På ett djup av 10 m pressar den med en kraft av 10 N per 1 cm 2 av en nedsänkt kropp, på ett djup av 100 m - 0,1 kN, 1 000 m - 1 kN, etc. På djupet av Mariana Trench - 11,5 km - vattentrycket når nästan 120 MPa. Med sådant tryck i havets djup pressades träbitar, efter att ha förts till ytan, så samman att de sjönk i vattnet, och tätt förslutna flaskor krossades av vattnets tryck. Det finns en uppfattning om att ett skjutvapen som sänks till ett sådant djup inte kan avfyras.

Det kan antas att det monstruösa vattentrycket i havets djup kommer att komprimera vattnet så mycket att fartyg och andra tunga föremål kommer att hänga i det och inte sjunker. Men vatten, som alla vätskor, är svårt att komprimera. Om du komprimerade vatten till en sådan densitet att det skulle flyta i det, skulle det vara nödvändigt att komprimera det 8 gånger. Under tiden krävs ett tryck på 1100 MPa för att bara halvera, det vill säga minska volymen med hälften. Detta motsvarar ett djup på 110 km, vilket inte är realistiskt!

I själva djup plats Havsvatten komprimeras med 5 %. Detta kan knappast påverka förhållandena för flytande av olika kroppar i det, särskilt eftersom fasta föremål nedsänkta i sådant vatten också utsätts för detta tryck och därför också blir komprimerade. Därför kan vi dra slutsatsen att de vilar på havsbotten. Det finns ingen chans även för fartyg som vänds upp och ner, trots att luften i vissa rum på fartyget kommer att vara tätt låst. Är det möjligt att några av dem aldrig når botten, förblir svävande i havets mörka djup? Ett lätt tryck skulle räcka för att kasta ett sådant kärl ur balans, vända det, fylla det med vatten och tvinga det att falla till botten. Men var kommer chocker ifrån i havets djup, där tystnad och lugn alltid råder och där inte ens ekon av stormar tränger igenom?

Alla dessa argument är baserade på ett fysiskt fel. Ett fartyg med uppåtvänd köl kommer inte att börja sjunka alls, utan stannar kvar på vattenytan. Det finns inget sätt att han kan befinna sig halvvägs mellan havsnivån och dess botten.

Med tanke på det faktum att ett sådant fenomen aldrig har observerats eller testats med sjunkna fartyg, bör en seriös vetenskapsman lämna ens det minsta tvivel om någonting. Dessutom delas åsikten om frusna fartyg av många sjömän. Faktum är att fartyg ofta har förseglade fack. Och om dessa fack inte är skadade och det finns luft kvar i dem, komprimerar vattentrycket i havets djup det inte, och det förblir samma volym. Därför, ett fartyg som har en total densitet som är högre än ytdensiteten för havsvatten (nästan alltid mindre tät - på grund av mer hög temperatur, och mindre salthalt), börjar sjunka, och när det når kyla (i djupen av oceanerna är temperaturen +4 0 C, medan dess densitet är maximal) och mer salthaltiga lager fryser det på obestämd tid...

Det visar sig att genom att bryta ett fartyg på sidan när vi sjösätter det, beseglar vi därmed dess öde. Hon leder honom obevekligt genom haven och oceanerna där han är avsedd att besöka. Och om det händer att fartyget sjunker är detta inte slutet. Vattentrycket i havets djup kan ge upphov till en ny legend om vandrande, upphängda sjunkna skepp!

Låt oss överväga jämvikten hos en homogen vätska belägen i jordens gravitationsfält.

Varje vätskepartikel som finns i jordens gravitationsfält påverkas av tyngdkraften. Under påverkan av denna kraft pressar varje lager av vätska på lagren som ligger under den. Som ett resultat kommer trycket inuti vätskan vid olika nivåer inte att vara detsamma. Därför finns det tryck i vätskor på grund av dess vikt.

Trycket på grund av vätskans vikt kallas hydrostatiskt tryck.

För en kvantitativ beräkning, låt oss mentalt isolera en liten cylindrisk volym i vätskan, placerad vertikalt, med ett tvärsnitt S och höjd h(Fig. 2). I fallet med en stationär vätska, vikten av denna cylinder, och därför tryckkraften på plattformen S vid basen kommer att vara lika med tyngdkraften \(~m \vec g\).

Sedan trycket på platsen

\(~p = \frac(mg)(S) = \frac(\rho Vg)(S) = \frac(\rho hSg)(S) = \rho gh.\)

\(~p = \rho gh\) - hydrostatiskt tryck, Var ρ - vätskedensitet, h- vätskekolonnens höjd. Således är hydrostatiskt tryck lika med vikten av en vätskekolonn med en enhetsbas och en höjd lika med nedsänkningsdjupet för en punkt under vätskans fria yta.

Grafiskt visas tryckets beroende av nedsänkningsdjupet i vätska i figur 3.

Vätskans tryck i botten beror inte på kärlets form, utan bestäms endast av vätskenivåns höjd och dess densitet. I alla fall som visas i figur 4 är vätsketrycket i botten av kärlen detsamma.

På ett givet djup pressar vätskan lika i alla riktningar - inte bara ner, utan också upp och åt sidorna.

Följaktligen kommer trycket på väggen på ett givet djup att vara detsamma som trycket på en horisontell plattform belägen på samma djup.

Om tryck skapas ovanför vätskans fria yta sid 0 så blir trycket i vätskan på djupet

\(~p = p_0 + \rho gh.\)

Var uppmärksam på skillnaden i uttryck: "vätsketryck på djupet h" (sid = sid) och "tryck i vätskan på djupet h" (sid = sid 0 + sid). Detta måste man ta hänsyn till när man löser olika problem.

Tryckkrafterna på botten och väggarna kan beräknas med formlerna\[~F_d = \rho gh S_d\] - kraften av vätsketrycket på den horisontella botten, där S d - bottenområde;

\(~F_(st) = \frac(\rho gh)(2) S_(st)\) är kraften av vätsketrycket på den laterala rektangulära vertikala väggen av kärlet, där S st - väggområde.

I en vätska i vila är vätskans fria yta alltid horisontell.

Det finns ofta fall då en vätska, i vila i förhållande till ett kärl, rör sig med den. Om kärlet rör sig jämnt och rätlinjigt, kommer den fria ytan av vätskan att vara horisontell. Men om kärlet rör sig med acceleration, förändras situationen och frågor uppstår om formen på vätskans fria yta och fördelningen av trycket i den.

Således, i fallet med horisontell rörelse av ett kärl med acceleration \(~\vec a\) i jordens gravitationsfält, varje del av vätskan med en massa m rör sig med samma acceleration \(~\vec a\) under verkan av den resulterande tryckkraften \(~\vec N_d\) som verkar från resten av vätskan och gravitationen \(~m \vec g\) (Fig. 5).

Grundläggande dynamikekvation:

\(~\vec N_d + m \vec g = m \vec a.\)

Som ett resultat kommer den fria ytan av vätskan inte att vara horisontell, utan bildar en vinkel med horisonten α , som lätt kan hittas om vi projicerar dynamikens grundläggande ekvation på de horisontella och vertikala axlarna\[~N_d \sin \alpha = ma; \N_d\cos\alpha = mg\]. Härifrån

\(~\operatörsnamn(tg) = \frac ag.\)

Trycket på den horisontella ytan (horisontell botten) kommer att öka i motsatt riktning mot accelerationen.

Litteratur

Aksenovich L. A. Fysik i gymnasium: Teori. Uppgifter. Prov: Lärobok. bidrag till institutioner som tillhandahåller allmän utbildning. miljö, utbildning / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - S. 95-97.

Färdiga arbeten

EXAMEN FUNGERAR

Mycket har redan passerat och nu är du utexaminerad, om du förstås skriver ditt examensarbete i tid. Men livet är en sådan sak att det först nu blir klart för dig att, efter att ha slutat vara student, kommer du att förlora alla studentglädje, av vilka många du aldrig har provat, skjuta upp allt och skjuta upp det till senare. Och nu, istället för att komma ikapp, jobbar du med ditt examensarbete? Det finns en utmärkt lösning: ladda ner avhandlingen du behöver från vår webbplats - och du kommer omedelbart att ha mycket ledig tid!
Avhandlingar har framgångsrikt försvarats vid ledande universitet i Republiken Kazakstan.
Kostnad för arbete från 20 000 tenge

KURSEN FUNGERAR

Kursprojektet är det första seriösa praktiska arbetet. Det är med skrivandet av kurser som förberedelserna för utvecklingen av diplomprojekt börjar. Om en student lär sig att korrekt presentera innehållet i ett ämne i ett kursprojekt och formatera det kompetent, kommer han i framtiden inte att ha problem vare sig med att skriva rapporter eller med att sammanställa avhandlingar inte heller med att utföra andra praktiska uppgifter. För att hjälpa eleverna att skriva den här typen av elevarbeten och för att klargöra frågor som uppstår under förberedelserna skapades faktiskt denna informationsavdelning.
Kostnad för arbete från 2 500 tenge

MASTERAVHANDLINGAR

För närvarande i högre läroanstalter I Kazakstan och OSS-länderna är nivån på högre utbildning mycket vanlig yrkesutbildning, som följer en kandidatexamen - en magisterexamen. På masterprogrammet läser studenterna med målet att få en magisterexamen, som är erkänd i de flesta länder i världen mer än en kandidatexamen, och även erkänd av utländska arbetsgivare. Resultatet av masterstudier är försvaret av en magisteruppsats.
Vi kommer att förse dig med aktuellt analytiskt och textmaterial, i priset ingår 2 vetenskapliga artiklar och ett sammandrag.
Kostnad för arbete från 35 000 tenge

ÖVNINGSRAPPORTER

Efter att ha genomfört någon typ av studentpraktik (utbildning, industri, förexamen) krävs en rapport. Detta dokument kommer att vara en bekräftelse praktiskt arbete student och underlag för att bilda en bedömning för praktik. Vanligtvis, för att göra en rapport om en praktikplats, behöver du samla in och analysera information om företaget, överväga strukturen och arbetsrutinen i den organisation där praktiken äger rum, upprätta en kalenderplan och beskriva din praktiska verksamhet.
Vi hjälper dig att skriva en rapport om din praktik, med hänsyn till detaljerna i ett visst företags verksamhet.