Решение: Давление на дне впадины
Статья к заданиюИсследование морских глубин с помощью батискафов
Первый батискаф был создан швейцарским учёным Огюстом Пикаром в 1948 г. Батискаф – это самоуправляемый аппарат, состоящий из прочного шара (гондолы) для размещения экипажа и аппаратуры, баллона (поплавка), наполненного бензином, и бункера с балластом (см. рисунок). В качестве балласта используется стальная дробь.
Цистерны водяного балласта
Шахта для посадки экипажа
Отсеки, заполненные бензином
Отсеки, заполненные бензином
Бункеры с дробью
Гондола
Поплавок играет такую же роль, как и спасательный круг для тонущего человека или баллон с гелием у дирижабля (аэростата). В отсеках поплавка находится вещество, плотность которого меньше плотности воды. На батискафах середины XX в. использовался бензин, имеющий плотность около 700 кг/м³. Бензин отделён от воды эластичной перегородкой, позволяющей бензину сжиматься. По наблюдениям, проведённым при погружении батискафа «Триест» в 1960 г. на дно Марианской впадины, на глубине 10 км объём бензина в поплавке уменьшился на 30%.
На поверхности батискаф удерживается за счёт отсеков, заполненных бензином, а также благодаря тому, что цистерны водяного балласта, шахта для посадки экипажа в гондолу и свободное пространство в бункерах с дробью заполнены воздухом. После того как цистерны водяного балласта, шахта для посадки экипажа в гондолу и свободное пространство в бункерах с дробью заполняются водой, начинается погружение. Эти объёмы сохраняют постоянное сообщение с забортным пространством для выравнивания гидростатического давления во избежание деформации корпуса. Если батискаф попадает в плотные слои воды и «зависает», выпускается часть бензина из компенсирующего отсека, и погружение возобновляется. После проведения научных экспериментов экипаж сбрасывает балласт (стальную дробь), начинается подъём.
Исследования морских глубин показали, что на дне океана обитают миллионы видов живых существ, хотя уже на глубине 180 м царствует мрак.
Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка
Используя материал о батискафе и погружении в Марианскую впадину, определите, какое утверждение о гидростатическом давлении на дне впадины верно.
Решение по шагам
3 шагаГидростатическое давление столба воды вычисляют по формуле:
$$p = \rho gh$$Для глубины $10\ \text{км} = 10000\ \text{м}$ оценим давление воды:
$$p \approx 1000 \cdot 10 \cdot 10000 = 100000000\ \text{Па} = 100\ \text{МПа}$$Глубина Марианской впадины больше $10\ \text{км}$, поэтому давление на дне больше рассчитанного значения.
$$p > 100\ \text{МПа}$$1) превышает 100 МПа
Где здесь ошибаются
Путают кПа и МПа: $100\ \text{МПа}$ в 1000 раз больше, чем $100\ \text{кПа}$.
Не переводят километры в метры.
Используют глубину $10\ \text{м}$ вместо $10\ \text{км}$.