แรงดันใต้น้ำในทะเลลึก : วิธีวัด

สารบัญ:

แรงดันใต้น้ำในทะเลลึก : วิธีวัด
แรงดันใต้น้ำในทะเลลึก : วิธีวัด
Anonim

ตั้งแต่สมัยเรียน ใครๆก็รู้ว่าน้ำหนาแน่นกว่าอากาศ ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันใต้น้ำที่มีการแช่น้ำจึงเร็วกว่าการเปลี่ยนแปลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อลงไป 10 เมตร ความดันต่อบรรยากาศจะเพิ่มขึ้น ในความกดอากาศต่ำในมหาสมุทรลึกถึง 10,000 เมตร ตัวเลขนี้คือ 1,000 ชั้นบรรยากาศ วิธีค้นหาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันใต้น้ำและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตจะอธิบายไว้ด้านล่าง

การคำนวณทางกายภาพ

ความหนาแน่นของน้ำทะเลเค็มสูงกว่าของเหลวสด 1-2% ดังนั้นจึงสามารถคำนวณแรงดันใต้น้ำได้อย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำ เพราะเมื่อแช่น้ำทุกๆ 10 เมตร บรรยากาศจะเพิ่มขึ้นหนึ่งชั้น ตัวอย่างเช่น เรือดำน้ำที่ระดับความลึก 100 เมตรต้องเผชิญกับแรงกดดัน 10 บรรยากาศ ซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับตัวบ่งชี้ภายในหม้อต้มไอน้ำในหัวรถจักร จากนี้ไปแต่ละชั้นในทะเลก็มีของมันเองดัชนีอุทกสถิต เรือดำน้ำทุกลำมีเกจวัดแรงดันที่วัดแรงดันน้ำที่ลงน้ำ ซึ่งคุณสามารถกำหนดระดับการจุ่มได้

ความดันใต้น้ำคืออะไร
ความดันใต้น้ำคืออะไร

ที่ความลึกมาก การอัดตัวของน้ำจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน เนื่องจากความหนาแน่นในชั้นลึกจะสูงกว่าบนพื้นผิว และความดันเพิ่มขึ้นเร็วกว่าเชิงเส้น ทำให้กราฟเบี่ยงเบนจากเส้นตรงเล็กน้อย แรงดันเพิ่มเติมที่เกิดจากการอัดของไหลจะเพิ่มขึ้นตามกำลังสอง เมื่อลงไป 11 กม. จะเป็นประมาณ 3% ของแรงดันทั้งหมดที่ความลึกนี้

สำรวจทะเลและมหาสมุทรอย่างไร

การศึกษานี้ใช้รูปทรงกลมและรูปทรงกลม Bathysphere คือลูกเหล็กที่มีช่องว่างภายในซึ่งสามารถทนต่อความกดอากาศที่สูงมากของทะเลลึกได้ ช่องหน้าต่างถูกวางไว้ในผนังของ Bathysphere ซึ่งเป็นช่องเปิดที่ปิดสนิทด้วยกระจกที่แข็งแรง ผิวน้ำกับผู้วิจัยถูกหย่อนจากเรือด้วยสายเคเบิลเหล็กไปยังชั้นน้ำที่ไฟฉายไม่สามารถส่องสว่างได้ ต้องขอบคุณอุปกรณ์นี้ ที่สามารถลงไปได้ 1 กม. Bathyscaphes ที่มี Bathysphere (เสริมที่ด้านล่างด้วยถังเหล็กขนาดใหญ่) ซึ่งเต็มไปด้วยน้ำมันเบนซิน สามารถแช่น้ำได้ดียิ่งขึ้น

เพราะน้ำมันเบนซินมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ โครงสร้างดังกล่าวจึงสามารถเคลื่อนที่ในทะเลได้เหมือนเรือเหาะในอากาศ ใช้น้ำมันเบนซินแทนแก๊สเบา ในเวลาเดียวกัน bathyscaphe ก็ติดตั้งบัลลาสต์และเครื่องยนต์ซึ่งแตกต่างจาก bathysphere มันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องสื่อสารกับเรือพื้นผิว

การศึกษาความกดอากาศใต้น้ำลึก

ตอนแรกท้องฟ้าจะลอยอยู่บนน้ำราวกับช้อนที่ลอยอยู่ใต้น้ำ ในการเริ่มดำน้ำ น้ำทะเลจะถูกเทลงในช่องบัลลาสต์ที่ว่างเปล่า เนื่องจากโครงสร้างเริ่มจมลงใต้น้ำลึกและลึกลงไปถึงพื้นด้านล่าง ในการขึ้นสู่ผิวน้ำ บัลลาสต์จะถูกปล่อยออกมา และหากไม่มีสินค้าส่วนเกิน กระสวยอวกาศก็จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำอย่างง่ายดาย

ใต้น้ำ
ใต้น้ำ

การดำน้ำที่ลึกที่สุดโดยใช้กล้องส่องทางไกลได้ดำเนินการเมื่อวันที่ 23 มกราคม 1960 เมื่อเขาใช้เวลา 20 นาทีในร่องลึกบาดาลมาเรียนาที่ระดับความลึก 10919 เมตรใต้น้ำที่ความดันมากกว่า 1,150 บรรยากาศ (การคำนวณดำเนินการ โดยคำนึงถึงความหนาแน่นของของเหลวที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการอัดตัวและความเค็ม) จากผลการทดลอง นักวิจัยพบสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่แม้ในที่ที่ยากจะเข้าถึง

แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก
แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก

แรงดันน้ำ

เมื่อดำน้ำ นักประดาน้ำหรือนักว่ายน้ำต้องเผชิญกับแรงดันอุทกสถิตเหนือพื้นผิวทั้งหมดของร่างกาย ในขณะที่มันเกินค่าปกติของร่างกาย แม้ว่าร่างกายของนักประดาน้ำอาจไม่ได้สัมผัสน้ำโดยตรงเนื่องจากชุดยาง แต่ตัวของนักประดาน้ำยังอยู่ภายใต้แรงกดดันแบบเดียวกันกับที่ส่งผลต่อร่างกายของนักว่ายน้ำ เนื่องจากอากาศในชุดดำน้ำจะต้องถูกบีบอัดเพื่อพิจารณาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุนี้ แม้แต่อากาศหายใจที่จ่ายผ่านท่อก็ต้องถูกสูบเข้าไป โดยคำนึงถึงแรงดันของน้ำที่ระดับความลึกที่ต้องการ ตัวบ่งชี้เดียวกันจะต้องใช้สำหรับอากาศที่ส่งจากกระบอกสูบไปยังหน้ากากนักประดาน้ำดังนั้นนักดำน้ำจึงต้องสูดอากาศด้วยอัตราที่ไม่ปกติ

แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก
แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก

ระฆังดำน้ำหรือกระสุนปืนก็ไม่ช่วยต้านแรงดันเช่นกัน เนื่องจากอากาศในนั้นควรถูกบีบอัดเพื่อไม่ให้ตกอยู่ใต้กระดิ่ง กล่าวคือ เพิ่มเป็นตัวชี้วัดด้านสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุผลนี้ ด้วยการค่อยๆ จุ่มลงในน้ำ มีการสูบฉีดอากาศอย่างต่อเนื่องโดยคาดว่าแรงดันน้ำจะอยู่ที่ระดับความลึก

อัตราที่สูงส่งผลเสียต่อความเป็นอยู่ที่ดีและสุขภาพของบุคคล ซึ่งเป็นเหตุให้มีข้อจำกัดบางประการที่ผู้คนสามารถทำงานได้โดยไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ โดยปกติเมื่อดำน้ำในชุดดำน้ำจะสูงถึง 40 เมตร ซึ่งสอดคล้องกับ 4 บรรยากาศ นักประดาน้ำสามารถลงสู่ระดับความลึกมากได้เฉพาะในชุดอวกาศที่แข็งแรงเท่านั้น ซึ่งจะรับแรงกดดันของน้ำ สามารถดำน้ำได้สูงถึง 200 เมตรอย่างปลอดภัย

ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์

เมื่อคุณอยู่ใต้น้ำที่ความดันสูงเป็นเวลานาน อากาศจำนวนมากจะละลายในเลือดและของเหลวในร่างกาย หากนักประดาน้ำเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสู่ผิวน้ำ อากาศที่ละลายแล้วจะเริ่มถูกปลดปล่อยออกจากเลือดในรูปของฟองสบู่ การปล่อยฟองสบู่อย่างกะทันหันอาจทำให้เกิดอาการปวดอย่างรุนแรงทั่วร่างกายและนำไปสู่การเจ็บป่วยจากการบีบอัด ดังนั้นอาจใช้เวลานาน (หลายชั่วโมง) ในการปล่อยก๊าซที่ละลายออกมาทีละน้อยและไม่มีฟองอากาศเพื่อเลี้ยงนักประดาน้ำที่ทำงานที่ระดับความลึกมากมาเป็นเวลานาน

แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก
แรงดันใต้น้ำที่ระดับความลึก

ความกดอากาศและสัตว์ทะเล

แม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีการระบุค่าความดันมหาศาลที่ด้านล่างของทะเล แต่สำหรับสัตว์ทะเล สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ตัวชี้วัดที่สำคัญนัก ผู้อยู่อาศัยในท้องถิ่นสามารถทนต่อความผันผวนอย่างมากในตัวบ่งชี้นี้ในระหว่างวันได้อย่างง่ายดายและสงบ อย่างไรก็ตามสัตว์ดังกล่าวบางชนิดไม่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงกดดันได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างเช่น ปลากะพงจะบวมเมื่อนำขึ้นบก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากนำขึ้นจากน้ำเร็วมาก

ความกดอากาศใต้น้ำคำนวณได้ง่ายพอสมควร ก็พอจำได้ว่าทุกๆ 10 เมตรมี 1 บรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ที่ระดับความลึกมากขึ้น ตัวชี้วัดอื่นๆ จะเข้ามามีบทบาท เช่น การกดทับและความหนาแน่นของน้ำ ในเรื่องนี้ จำเป็นต้องทำการคำนวณโดยคำนึงถึงค่าเหล่านี้