На глибині — тиск

Коротко розглянемо, як змінюються фізичні умови в воді морів і океанів в залежності від глибини. Почнемо з тиску. У нерухомій рідини воно росте пропорційно глибині. Зрозуміло, чому: вода нестислива, і вага стовпа рідини зростає прямо пропорційно його висоті h. Тобто

• де Q – щільність води (її маса в 1 см3 або 1 м3);
• g – прискорення вільного падіння.

Крім того, оскільки вода знаходиться в спокої (в ній відсутні течії), то точно такий же тиск буде в усіх напрямках на даній глибині.

Відповідно до цієї формули стовп води висотою 10 м створює тиск 1 кг / см2. За цікавому збігу така ж величина атмосферного тиску повітря: 1 кг / см2 дорівнює 1 атмосфері. Це тиск діє в тому числі і на поверхню рідини, додаючи до її тиску. Отже, при зануренні людини під воду на глибину 10 м на нього крім води (1 атмосфера) буде тиснути і повітря (теж 1 атмосфера). Значить, повний тиск під водою на глибині 10 м дорівнюватиме 2 атмосферам. А на глибині 20 м – 3 атмосферам і т. Д.

Однак на дуже великих глибинах починає позначатися стисливість води: внаслідок стиснення її щільність в нижніх шарах більше, ніж на поверхні, і тому тиск зростає з глибиною трохи швидше, ніж за лінійним законом Qgh. Добавка тиску, обумовлена ​​стисненням води, наростає пропорційно квадрату глибини h. На найбільшій глибині океану, що дорівнює 11 км, ця добавка складає майже 3% від повного тиску в цьому місці.

Незважаючи на величезний тиск, що існує на таких глибинах, і тут живуть деякі тварини: різні голкошкірі, ракоподібні, молюски, черви, а також глибоководні риби. Організми цих тварин пристосовані до існування в умовах великого тиску води, і точно такий же тиск створюється всередині їхніх тіл.

З глибиною змінюється і температура води в океані. Спочатку зниження її дуже значно, а потім воно сповільнюється. На глибинах більше 3-4 км температура зазвичай коливається від +2 до 0 ° С.

З інших фізичних властивостей води для мешкають в морях і океанах живих істот особливо важливі мала теплопровідність і дуже висока теплоємність. Завдяки їм температурний режим не змінюється так різко, як на суші. Це важливо як для холоднокровні так і для теплокровних тварин. Водним організмам не потрібно пристосовуватися до різких змін температури навколишнього середовища.

Повільно нагріваючись, вода океанів так само неспішно віддає тепло в атмосферу. Тому найтеплішою вода океанів і морів буває тоді, коли літній спекотний період на суші вже закінчується. Вода океанів зберігає величезні запаси тепла. Віддаючи його повітрю, вона істотно впливає на клімат навколишніх територій. Середня температура поверхневого шару води Світового океану дорівнює + 17,4 ° С, а приземного шару повітря на поверхні всієї земної кулі тільки +14> 4 ° С.

У морській глибині панує морок, тому що сонячне світло, поступово згасаючи, повністю зникає на глибині 180 м. Це пояснюється, перш за все, тим, що частина сонячних променів відбивається від поверхні води. Чим нижче сонце над горизонтом, тим більший відсоток променів відбивається від морської поверхні. Тому в арктичних морях світло проникає на меншу глибину, ніж в екваторіальних водах.

У воду, як уже зазначалося, різні част сонячного спектра проникають на різну глибину. Червоні і помаранчеві промені швидко поглинаються першими метрами води, зелені зникають на глибині 500 м, і тільки сині проникають до 1500 м. Водоростям особливо потрібні червоний і помаранчевий промені і в меншій мірі зелені. Тому рослини в море зустрічаються в основному на глибині до 100 м, рідше до 200 м. Тварини не особливо потребують світлі і населяють води океану до максимальних глибин. Їх мешканці або сліпі, або, навпаки, мають дуже розвинені органи зору. Деякі з глибоководних тварин випромінюють власне світло.

1. Тиск у рідині

Великий тиск створює вода в морях і океанах. На глибині \(10\) м тиск води приблизно дорівнює \(100\) кПа, а на глибині \(1\) км — приблизно \(10\ 000\) кПа, що відповідає масі у \(100\) кг, яка тисне на кожен квадратний сантиметр.

На яку глибину може пірнути людина без додаткового спорядження?
Відповідь: людина без спорядження може пірнути на глибину \(30\) метрів.

Якщо людина пірне на глибину \(100\) м, то, щоб вижити, йому буде необхідно певний час провести у декомпресійній камері.

Цікаво: глибоководні риби, які звикли до величезного тиску, вийняті з води, вибухають.

Гідростатичний парадокс:
тиск рідини на дно посудини не залежить від форми посудини, а тільки від густини рідини і від висоти стовпа рідини.

На малюнку всі посудини з однаковими висотами стовпів води, тому тиск на дно всіх посудин однаковий.

Тиск на дно посудини не залежить від сили тяжіння, яка діє на налиту в посудину рідину. Наприклад, налита у другу посудину частина води тисне на стінки посудини, і цей тиск не поширюється на дно посудини, тому сила тиску менша сили тяжіння, яка діє на рідину. У п’ятій посудині рідина тисне на похилі стінки посудини, які теж тиснуть на рідину, і в результаті сила тиску на дно посудини збільшується.