Prin calcularea înălțimii maxime a coloanei de apă, de asemenea, Torricelli a răspuns la o întrebare care ar fi ei înșiși și ați cerut. Cred că mulți dintre voi cel puțin o dată în viața lor au încercat scufundări cu un snorkel si aripioare. De obicei, un astfel de tub nu este lung mai mult de 30 de centimetri, și veți, sunt sigur, foarte mult ca el să fie mult mai mult, și dacă ai putea scufunda mai adânc. Ce crezi, cât de adânc puteți arunca cu capul sub apă, respiră printr-un tub și fără teama de sufocare?
Îmi place foarte mult să răspundă la această întrebare în mod direct în sala de clasă, cu ajutorul unui dispozitiv numit un manometru (o parte integrantă a oricărui echipament de laborator). Dispozitivul este foarte simplu, este ușor de a face la domiciliu; mai târziu, voi descrie. Deci, am nevoie să dau seama cât de departe pot merge sub suprafața apei în timp ce continuă să respire aer în plămâni. Pentru ca aceasta să identifice, trebuie să măsoare presiunea hidrostatică a apei de pe pieptul meu, care crește ca imersiune.
Presiunea ne înconjoară, care, după cum vă amintiți, la fel la același nivel, este suma presiunii atmosferice și hidrostatică. Înot sub suprafața apei, am respira aerul care vine din exterior. Presiunea sa este o atmosferă. De aceea, când introduc aer în plămâni prin tubul, presiunea din plămâni devine aceeași: o atmosferă. Dar presiunea pe pieptul meu, este suma presiunii atmosferice și hidrostatică. Deci, acum presiunea pe pieptul meu este mai mare decât presiunea din interiorul plămânilor; Această diferență este egală cu presiunea hidrostatică. Aceasta nu duce la probleme cu respirația, dar inspirația am nevoie pentru a extinde piept. Și dacă presiunea hidrostatică este prea mare din cauza mea se arunca cu capul prea adânc, eu pur și simplu nu au forta musculara suficient pentru a depăși diferența de presiune, și eu nu pot lua respirația următoare. De aceea, dacă vreau să se scufunde mai adânc, am nevoie pentru a respira aer comprimat - pentru a depăși presiunea hidrostatică. Cu toate acestea lung respira aer puternic comprimat dăunător - motivul pentru care cantitatea de timp limitat strict pentru simulare profundă.
Dar să revenim la scufundări cu tubă și labe - cât de adânc puteți înota sub apă cu echipamentul? Pentru a afla, am stabilit gabaritul pe peretele sălii de curs. Imaginați-vă un tub de plastic transparent aproximativ 4 metri lungime. Atașez un capăt ridicat pe perete spre stânga, iar celălalt spre dreapta de a fi dispus tubul în formă de U. Ambele părți sunt obținute mai puțin de 2 metri lungime. Apoi se toarnă în suc de afine tub, și, în mod natural, este stabilit în fiecare dintre proeminente tuburi U la același nivel. După aceea, am sufla în capătul din dreapta al tubului, împingând în sus sucul în partea ei stângă. Distanța verticală, pe care eu pot împinge în sus sucul, spune-mi cat de adanc am arunca cu capul sub apă cu tubul. De ce? Deoarece este un indicator clar al presiunii cât de mult poate „da“ plamanii mei pentru a depăși presiunea hidrostatică a apei - suc de afine și apă în această cerere sunt absolut echivalente, un suc roșu mai evident.
Am îndoiți în jos, respiră adânc, apoi inhaleaza, umplere plămânii cu aer, și se luptă lovitură la capătul din dreapta al tubului. obrajii mei aproape de rupere, ochi popping, și suc în partea stângă a U-tubul tarasc târâtor în sus - ghici cât de mult? - la fel de mult ca 50 de centimetri. Asta e tot ce pot, și să păstreze lichid la acest nivel, nu pot să nu mai mult de câteva secunde. Așa că am împins sucul pe partea stângă a tubului de 50 de centimetri, ceea ce înseamnă că eu, de asemenea, împins în jos pe aceleași 50 cm pe partea dreaptă, adică, pe ansamblu mutat suc pol vertical, aproximativ 100 de centimetri sau metri. Desigur, atunci când vom respira prin tubul sub apă, am trage în aer, și nu-l suflate; Ce se întâmplă dacă este mult mai ușor? Și îmi petrec un al doilea experiment: de data aceasta pentru a suge sucul din tub, din nou luptat. Rezultatul, cu toate acestea, aproximativ la fel; Sucul de pe partea cu care am suge se ridica undeva la 50 de centimetri - și, astfel, se încadrează în aceleași 50 de centimetri pe de altă parte. Și din nou, am epuizat complet.
De fapt, a fost o imitație exactă scufundare la o adâncime de un metru, care poate fi considerat echivalentul a o zecime din atmosferă. Elevii mei această demonstrație este de obicei mult mai surprins; ei cred că ei, cei tineri, rezultatul va fi mult mai bine decât cea a unui profesor în vârstă. Și am sugera cea mai mare și, aparent, un tip puternic să vină și să încerce. El încearcă foarte greu - fata devine violet, cu ochii bulbucati, - dar rezultatul este atlet șocant. ușor să se mute sale post doar câțiva centimetri mai departe decât a mea.
Se pare că într-adevăr este aproape de limita superioară cât de adânc putem arunca cu capul în apă și să continue să respire prin tubul - doar câteva metru mizerabil. Și apoi respira la acest nivel, oamenii vor fi capabili în câteva secunde. De aceea, cele mai multe tuburi pentru scuba diving este mult mai scurt decât un metru, de obicei, numai douăzeci sau treizeci de centimetri. Încercați să înot cu un tub lung - se va potrivi cu orice - și să vedem ce se întâmplă.
Este posibil să întrebați ce forță acționează pe piept atunci cand se arunca cu capul în apă să înoate cu un pic masca si inotatoare. Atunci când cufundat la o presiune hidrostatică un metru este de aproximativ o zecime atmosferă, sau cu alte cuvinte, o zecime kilogram pe centimetru pătrat. Zona de sân uman - ceva despre o mie de centimetri pătrați. Astfel, forța aplicată la piept este de aproximativ 1100 kg, iar forța care acționează pe peretele interior al pieptului datorită presiunii aerului în plămâni - aproximativ o mie de kilograme. În consecință, diferența de presiune într-o zecime din diferența de randamente la fel de mult ca 100 de kilograme! Când te uiți la el din acest punct de vedere, se pare mult mai grav, nu-i așa? Și dacă ai aruncat 10 metri, presiunea hidrostatică ar fi egală cu o atmosferă, adică de kilograme pe centimetru pătrat de suprafață, iar forța pe piept săraci, ar deveni aproape o mie de kilograme (o tonă) mai mult decât forța de opuse create presiune atmosferică standard, în plămâni.
Acesta este motivul pentru scafandri perla asiatice - unele dintre ele în mod repetat, se arunca cu capul la 30 de metri adâncime - foarte mult cu risc de viață. Ei nu pot folosi o masca cu un tub, astfel încât acestea trebuie să-și țină respirația lor, și după cum se poate face mai mult de câteva minute, trebuie să lucrăm foarte repede.
Acum puteți aprecia ce un miracol al ingineriei este un submarin. Imaginați-vă submarin scufundat la 10 metri, și va presupune că presiunea aerului în interiorul acestuia este egală cu o atmosferă. presiune hidrostatică (în acest caz, diferența dintre presiunea din interiorul și în afara barca) este de aproximativ 10 000 kg, sau aproximativ 10 de tone pe metru pătrat, astfel încât după cum puteți vedea, chiar și un submarin foarte mic trebuie să fie puternic pentru a fi în măsură să se scufunde la la 10 de metri.
Acest lucru face cu adevărat o realizare uimitoare a tipului care a inventat submarinul în secolul al XVII-lea timpurie - Cornelius van Drebbel (de asemenea, ca mine, un olandez, pe care trebuie să mărturisesc este foarte mândru). El ar putea merge în jos pe copilul ei la o adâncime de cinci metri, dar în acest caz, el a trebuit să facă față presiunii hidrostatice a atmosferei în jumătate, iar după ce barca lui a fost făcută din piele și lemn! Potrivit rapoartelor, la momentul Van Drebbel manevrată cu succes pe una din bărcile lor la această adâncime în timpul încercărilor pe râul Tamisa din Anglia. Se spune că modelul a fost pus în mișcare de șase vâslași, ar putea transporta pasageri șaisprezece și să rămână sub apă timp de câteva ore. „Respiratia tub“ pe suprafața apei a avut loc flotoare speciale. Inventatorul a vrut să impresioneze regele James I, în speranța că va ordona câteva dintre aceste bărci flotei sale, dar, din păcate, regele și Admirals invenția lui nu este impresionat și submarinul van Drebbel nu a folosit niciodată în război. Ca arma secretă, poate că într-adevăr nu a fost prea promițătoare, dar din punct de vedere tehnic, a fost o adevărată invenție revoluționară.
Cât de adânc se pot scufunda submarin moderne - un secret militar, dar se presupune că acestea sunt în măsură să coboare la o adâncime de o mie de metri, în cazul în care presiunea hidrostatică a aproximativ 100 de atmosfere, adică un milion de kilograme (o mie de tone) pe metru pătrat. Nu este surprinzator, submarinul american din oțel inoxidabil, și română - din titan mai durabil, pentru că se poate scufunda și mai adânc.
Demonstrează ce se întâmplă cu submarinul, în cazul în care peretele său va fi suficient de puternic, sau dacă se va scufunda prea adânc, este ușor. Pentru a face acest lucru, am conecta pompa de vid la cutia de vopsea în volum galon și încet aspirarea aerului. Diferența de presiune dintre aerul din interiorul și exteriorul nu poate depăși o atmosferă (în comparație cu un submarin!). Știm că băncile vopsea făcut de lucruri destul de puternic, dar chiar în fața ochilor noștri, datorită diferenței de presiune banca este încrețită ca staniu aluminiu de bere. Impresia că un gigant invizibil a apucat-o și stoarse în pumnul. Mulți dintre noi, de fapt, a făcut același lucru cu o sticla de plastic de sub apă, suge aerul din ea, astfel încât este oarecum aplatizată. Intuitiv, s-ar putea crede că sticla este încrețită din cauza puterea cu care ați lipit de el. Dar, de fapt, motivul este că atunci când am suge aerul din borcan de vopsea, sau esti dintr-o sticlă de plastic, presiunea aerului exterior nu mai este suficientă pentru a testa rezistența la presiune interioară. Aceasta este ceea ce este gata în orice moment, presiunea atmosferei. Literalmente în orice moment.
cutii metalice de vopsea, o sticlă de plastic pentru a fi lucruri extrem de banale, nu-i așa? Dar dacă te uiți la ele prin ochii fizicii, puteți vedea ceva complet diferit: un echilibru fantastic de forțe puternice. Viața noastră ar fi imposibilă fără astfel de solduri sunt adesea forțe invizibile care apar ca urmare a presiunii atmosferice și hidrostatică, și forța inexorabilă a gravitației. Aceste forțe sunt atât de puternice încât chiar și o abatere minoră a soldului poate duce la o adevărată catastrofă. Imagina ce se va întâmpla în cazul unei scurgeri de aer prin cusătură în fuselajul unui aparat de zbor la o altitudine de mai mult de 7,5 kilometri (unde presiunea atmosferica este de numai aproximativ 0,25 atmosfere) la o viteză de aproximativ 900 kilometri pe oră? Sau, dacă în acoperișul tunelului Baltimore, situat la 15-30 de metri sub nivelul râului Patapsco, nu va fi de cel puțin tonyusenkaya fisura?
Data viitoare, mergând pe stradă de un oraș mare, încercați să se gândească ca un fizician. Ceea ce vezi de fapt in jurul tau? În primul rând rezultatul unei luptă aprigă ravagii în interiorul fiecărei clădiri, și nu înseamnă războiul, ca parte a politicii de birou. Pe de o linie frontală este forța gravitațională a Pământului, care tinde să tragă în jos toate și diverse - nu numai pereții, podelele și plafoanele, dar, de asemenea, mese, aer conditionat, toboganele de e-mail, lifturi, secretare și directori executivi și chiar cafeaua de dimineață și cornuri. Pe de altă parte sunt combinate oțel rezistență, cărămidă și beton și în cele din urmă Pământul în sine, împingând în sus a clădirii.
Se pare că arhitectura și construcția poate fi gândită ca o artă de luptă forță în jos pentru a opri deplin. Unele zgârie-nori în special aerisite par să nu ne este susceptibil la efectele gravitației. De fapt, nimic de genul - s-au mutat pur și simplu lupta pe noi culmi, literalmente. Și dacă te gândești, vei înțelege că acesta este doar calmul dinaintea furtunii, care este de natură temporară. Materiale de constructii coroda, se deteriorează și se dezintegrează, iar forțele lumii noastre naturale sunt eterne, nemilos și neobosit. Și victoria lor - doar o chestiune de timp.
Iar echilibrul timpului în bătălia de forțe extrem de puternice afecta nu numai faptele mâinilor oamenilor. Să luăm, de exemplu, copaci. Calm, liniștit, încă, o creștere lentă și uncomplaining, ei folosesc zeci de strategii biologice pentru a lupta forța gravitațională și presiunea hidrostatică. Ce feat - pentru a produce în fiecare an noi ramuri continuă să se bazeze pe trunchiul noului inel, devenind mai puternică și mai puternică, în timp ce, în același timp și forța gravitațională care acționează asupra copac, de asemenea, este îmbunătățită. Și copacul aduce sucuri la cele mai înalte ramuri. Nu este uimitor că ei reușesc chiar să crească până la zece metri? În apa mea de paie ar putea crește cu numai 10 de metri, deci de ce (și cum) se ridică în copaci este mult mai mare? Cele mai mari sequoia ajunge la o sută de metri în înălțime și în continuare alimentarea cu apă la toate frunzele superioare.
De aceea, mă simt durere incredibil, văzând un copac mare furtuna rupt. vânturi puternice, precum gheața și zăpada aderă la ramurile sale, este posibil să perturbe echilibrul delicat al puterii, care arborele este încă destul de gestionat cu succes. Gândindu această luptă fără sfârșit, îmi dau seama că mai mult aprecia o zi incredibil de îndepărtat, când strămoșii noștri stăteau cu două în patru labe în picioare și a început să fortifice poziția sa în lume.