PHÒNG KHÁM LAO ĐỘNG TRẺ EM
Thìa lớn của thiên nhiên. Phòng thí nghiệm Khoa học Trẻ em Cẩm nang / Phòng thí nghiệm Khoa học dành cho Trẻ em Vào tháng 1970 năm 1000, cách đảo Martinique ở Caribe không xa, ba nhà khoa học người Mỹ - G. Stommel, L. Howard và D. Nergard - với sự kiên trì đáng ghen tị đã cố gắng lái một đoạn ruột nhựa dài hàng km xuống nước, giống như cái mà người làm vườn dùng để tưới hoa và cây cối. Ruột mềm bị rối và đứt gây rất nhiều rắc rối cho các nhà khoa học, nhưng họ vẫn đạt được mục đích: cuối cùng, ruột “treo” thẳng đứng - từ mặt nước cho đến độ sâu 14 mét. Và sau đó, các nhà khoa học đã nhìn thấy những gì họ muốn thấy: họ đã kiểm tra bằng thực nghiệm các mệnh đề lý thuyết được G. Stommel, A. Arong và D. Blengard đưa ra XNUMX năm trước đó trong tác phẩm "Câu đố hải dương học" và đảm bảo rằng những điều khoản này là đúng. Các tác giả của công trình lý thuyết này, sau khi nghiên cứu sự phân bố mật độ nước tùy thuộc vào độ mặn và nhiệt độ của nó ở các khu vực khác nhau của Đại dương Thế giới ở các độ sâu khác nhau, đã đi đến kết luận rằng nếu, ví dụ, ở Biển Sargasso gần Bermuda, một đồng Ví dụ, một đường ống dài 1000 mét, được hạ thẳng đứng và có đường kính trong là 2 cm để phần cuối không nhô quá cao so với mặt nước, khi đó sẽ có thể quan sát được một hiện tượng đáng kinh ngạc mà các tác giả gọi là "vĩnh cửu". đài phun nước muối". Để khởi động đài phun nước này, chỉ cần kết nối đầu trên của đường ống với máy bơm, bật nó lên và giữ nó hoạt động trong thời gian chính xác là đủ để nâng một phần nước ít mặn hơn từ độ sâu hàng nghìn mét. Sau đó, máy bơm có thể được ngắt kết nối và nước từ đường ống sẽ tự phun ra. Thực tế là máy bơm hút nước lạnh, ít mặn hơn nước ở các tầng cao hơn, vào đường ống từ độ cao hàng nghìn mét. Nổi lên, nước nóng lên một chút, nhận nhiệt qua thành ống từ nước ấm hơn một chút ở các lớp trên. Các bức tường bằng đồng của đường ống cung cấp khả năng trao đổi nhiệt nhưng không trao đổi muối, do đó nước trong đường ống trở nên ấm hơn khi nó di chuyển lên trên, giữ lại hơi mặn và do đó tương đối ít đậm đặc hơn. Như vậy, cột nước chứa trong ống nhẹ hơn cột nước tương đương bên ngoài ống. Sự khác biệt về trọng lượng làm phát sinh sự khác biệt về áp suất, cuối cùng làm cho nước ít mặn hơn dâng lên đường ống. Nếu phần cuối của đường ống không nhô quá cao so với bề mặt, thì sẽ có đủ áp suất dư thừa để kích hoạt "đài phun nước vĩnh cửu", và nước ít mặn hơn sẽ liên tục chảy ra từ phần nhô ra của đường ống. Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi nước ở biển Sargasso được trộn đều, nghĩa là gần như vô tận.
Nhận được một đài phun muối cao 60 cm, các nhà khoa học đột nhiên bắt đầu nghi ngờ: nếu không phải sự khác biệt về mật độ, mà là sóng trên bề mặt làm cho nước dâng lên thì sao? Những con sóng di chuyển một ống mềm, đàn hồi gắn vào phao, và có lẽ biến nó thành một loại máy bơm, chỉ cung cấp năng lượng cho "suối nguồn vĩnh cửu". Việc lặp lại thí nghiệm với một vòi cứng nhắc giúp loại bỏ những nghi ngờ: đài phun muối cũng hoạt động trong trường hợp này. Hãy cố gắng lấy một đài phun muối và chúng ta. Bạn sẽ không cần một cây số vòi cho việc này, và thay vì Bermuda, chúng ta chỉ cần vào bếp. Và đại dương nhiệt đới, nơi nước ấm hơn và mặn hơn ở bề mặt và lạnh hơn và ít mặn hơn ở độ sâu, chúng tôi sẽ lập mô hình bằng cách sử dụng một chảo rộng. Chúng ta cũng sẽ cần một chiếc cốc nhựa, chẳng hạn như từ bên dưới pho mát Volna, ở đáy có một lỗ cần dùng ghim chọc thủng.
Để bắt đầu, đổ nước máy lạnh vào chảo sao cho độ sâu của lớp đáy này là 3-4 cm. Chúng tôi đặt một cốc nhựa có lỗ lộn ngược xuống nước. Bây giờ, rất cẩn thận, để tránh trộn càng nhiều càng tốt, chúng tôi sẽ đổ nước ấm vào chảo cho đến khi nước lạnh xuất hiện từ lỗ trên kính. Và cuối cùng, hãy mô phỏng lớp bề mặt của đại dương nhiệt đới - đối với điều này (một lần nữa hết sức thận trọng), chúng ta sẽ đổ một lớp nước mặn nóng mỏng lên trên lớp nước ấm. Ocean đã sẵn sàng. Bây giờ, nếu bạn nhỏ sơn hoặc mực lên lỗ trên kính, bạn có thể thấy một vòi nước nhỏ đập ra khỏi lỗ, mô phỏng đài phun muối dưới đại dương. Nước chảy ra khỏi cốc có cùng nhiệt độ với nước bên ngoài nó ở cùng độ sâu, nhưng ít mặn hơn và do đó nhẹ hơn. Điều này làm cho nước chảy ra khỏi cốc. Đài phun nước sẽ hoạt động cho đến khi muối và nhiệt được phân bổ đều khắp thể tích của "đại dương" của chúng ta. ngón tay muối Do thực tế là trong dung dịch muối, nhiệt lan truyền nhanh hơn nhiều so với muối - khoảng - một phần trăm - trong đại dương, trong những điều kiện nhất định, có thể có một loại ống đồng tự nhiên, hay đúng hơn là nhiều ống nhỏ - các kênh vô hình xuyên qua chuyển động nào xảy ra nước trong nước. Nếu một lớp nước mặn ấm được đặt trên một lớp nước lạnh, không mặn lắm, thì các đài phun muối thu nhỏ, được gọi là "ngón tay muối", được hình thành trên bề mặt phân cách - các dòng nước ít mặn hơn đập vào nhau, ngăn cách với nhau bằng dòng nước mặn hơn rơi xuống.
Không thể trực tiếp quan sát ngón tay muối trong đại dương, nhưng trong nhà bếp, xin vui lòng! Để làm điều này, bạn chỉ cần đổ nước nóng có màu mặn vào một cốc nước máy lạnh. Tất nhiên, việc đổ nước phải rất cẩn thận để ranh giới giữa nước lạnh và nước nóng khá rõ ràng. Để có được mặt phân cách rõ ràng giữa các lớp nước trong "đại dương", D. Walker khuyên nên đổ nước nóng từ độ cao nhỏ lên một miếng ván nổi; K. Stong khuyên bạn nên sử dụng một vòng tròn bằng giấy được hạ xuống trên một sợi dây xuống mặt nước lạnh trong lọ.
Trong vài phút, sau khi mô hình đã sẵn sàng, các ngón tay muối sẽ mọc trên giao diện, dài từ 1 đến 5 cm và dày khoảng một milimet. Hiện tượng này kéo dài khá lâu - từ vài phút đến vài giờ. Sự xuất hiện và phát triển của ngón tay muối có thể được giải thích bằng sự kích thích sóng, làm biến dạng giao diện yên tĩnh ban đầu. Giọt nước lạnh chuyển động lên thành giọt nước nóng và ngược lại. Do sự khác biệt về tốc độ truyền nhiệt và khuếch tán muối nên các giọt nằm trên vạch chia về cơ bản chỉ nóng lên, nồng độ muối trong chúng hầu như không thay đổi, nhẹ dần và tiếp tục tăng lên; những giọt tự tìm thấy mình bên dưới đường phân chia tỏa nhiệt, trở nên lạnh hơn, trở nên nặng hơn và chìm xuống.
Do tổn thất nhiệt lớn qua thành bình, thí nghiệm dùng ngón tay trong môi trường mặn-ấm không phải lúc nào cũng thành công ngay lập tức. Nhà vật lý người Anh S. Turner đã đề xuất cho thí nghiệm một hệ muối-đường hợp lý hơn được hình thành bởi hai dung dịch. Giải pháp đầu tiên là mặn-ngọt: hai thìa rưỡi muối và một thìa đường cát cho mỗi cốc nước máy. Giải pháp thứ hai là ngọt-mặn: hai thìa cà phê đường và một thìa cà phê muối trong một cốc nước máy. Đầu tiên, dung dịch mặn ngọt được đổ vào lọ thủy tinh - nó tạo thành lớp dưới cùng của toàn bộ hệ thống. Sau đó, rất cẩn thận, giữ giao diện, dung dịch ngọt-mặn được đổ vào cùng một lọ; nó phải được pha màu (mực "Cầu vồng" - xanh hoặc đỏ). Ngón tay muối sẽ xuất hiện trong vòng một giờ và kéo dài trong vài giờ. Tốc độ phát triển của các ngón tay trong thí nghiệm này phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của muối và sự xuất hiện của chúng là do muối khuếch tán nhanh hơn đường. Lớp trên (ngọt-mặn) có mật độ thấp hơn lớp dưới và ranh giới giữa các lớp dường như phải ổn định. Nhưng một sự mất ổn định ngẫu nhiên ban đầu sẽ khiến một lượng nhỏ dung dịch đường chảy xuống và muối thấm vào chỗ phình nhanh hơn so với đường khuếch tán vào nước muối xung quanh. Phần phình ra khi thêm muối trở nên đặc hơn so với môi trường xung quanh và lao xuống, tạo thành một ngón tay. Theo cách tương tự, một khối nước muối nhỏ từ lớp bên dưới, đặc hơn, xâm nhập lên trên vào dung dịch mặn ngọt, mất muối nhanh hơn so với thu được đường, trở nên nhẹ hơn so với môi trường xung quanh và lao lên trên dưới dạng một ngón tay đang phát triển. Máy tạo dao động muối Và cuối cùng, một trải nghiệm tuyệt vời khác dựa trên sự khác biệt về mật độ muối và nước ngọt. Đối với thí nghiệm, bạn sẽ cần một lọ thủy tinh làm từ rau đóng hộp hoặc một ly trà mỏng, một hộp nhôm từ dưới hợp lệ hoặc phim ảnh. Bạn cũng có thể sử dụng một cốc nhựa từ dưới một số loại thuốc. Đâm vào đáy kính bằng kim, tốt nhất là được làm nóng, để các cạnh của lỗ nhẵn. Có thể dễ dàng đục một lỗ trên hộp nhôm bằng cùng một cây kim.
Đổ nước lạnh vào gần đầy bình. Chuẩn bị nước muối (một đến một thìa rưỡi muối cho mỗi cốc nước), pha màu bằng mực cầu vồng (xanh hoặc đỏ). Cố định cốc vào giá đỡ bằng bìa cứng bằng cách khoét một lỗ trên đó theo đường kính của cốc. Sau đó hạ nó vào bình và trong khi đổ dung dịch muối, đảm bảo rằng mực nước trong ly cao hơn một chút so với trong bình. Bây giờ hãy xem điều gì sẽ xảy ra. Nước muối đặc hơn, nặng hơn bắt đầu chảy qua lỗ trên kính vào nước ngọt. Có thể giả định rằng nó sẽ chảy đều cho đến khi mức nước muối trong cốc giảm đi nhiều đến mức áp suất của nước muối chảy ra bằng với áp suất của nước ngọt trong bình ngang với mức của lỗ. Tất cả dường như đang xảy ra. Luồng nhuốm màu trở nên loãng hơn và biến mất. Tất cả? Không, một lúc sau phản lực lại xuất hiện rồi lại biến mất. Điều này diễn ra trong một thời gian khá dài.
Điều gì xảy ra trong cốc vào thời điểm tia nước dừng lại rất dễ đoán, hãy nhớ lại trải nghiệm đầu tiên: có một vòi nước ngọt - từ đáy cốc, chính xác hơn là từ cái lỗ, trong lành, nghĩa là, nhẹ hơn, nước dâng lên qua độ dày của nước muối. Nếu nước ngọt được nhuộm màu, chúng ta sẽ có thể quan sát đài phun nước này. Do đó, một hệ dao động nhất định đã thu được, được gọi là "bộ tạo dao động muối Martin" theo tên nhà khoa học đầu tiên phát hiện ra hiệu ứng này vào năm 1970. Chu kỳ dao động của bộ dao động chủ yếu phụ thuộc vào kích thước của lỗ và nhiệt độ của nước ngọt. Hoạt động của bộ dao động dựa trên các cơ chế tương tự như trong các thí nghiệm trước đây.
A. Hệ ở trạng thái cân bằng. Bên dưới lỗ trên kính là nước lạnh, bên trên lỗ là chất lỏng đậm đặc hơn, nước muối. B, C. Sự xuất hiện của sự bất ổn định Rayleigh-Taylor, "đu đưa" và sự khởi đầu của dòng nước ngọt đi lên. Bộ tạo dao động muối, D. Walker viết, là một ví dụ về một hệ thống bắt đầu dao động sau khi tự kích thích do sự không ổn định Rayleigh-Taylor (sự không ổn định tại giao diện của một lớp chất lỏng đậm đặc hơn nằm trên một lớp chất lỏng ít đậm đặc hơn khi giao diện ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh), tiếp theo là sự kích thích (tích tụ) nhanh chóng tại mặt phân cách giữa hai chất lỏng. Nói cách khác, trong thí nghiệm của chúng tôi, mặc dù có sự cân bằng áp suất trong lỗ, một lớp chất lỏng đậm đặc hơn nằm trên một lớp chất lỏng kém đậm đặc hơn là không ổn định và chịu một số nhiễu loạn yếu, ngẫu nhiên. Những nhiễu loạn như vậy tạo ra một chỗ phồng nhẹ ở mặt phân cách giữa hai chất lỏng. Do sự khác biệt về mật độ, một số chất lỏng ít đậm đặc hơn nằm trên bề mặt phân cách cũ và một số chất lỏng đậm đặc hơn bị đẩy xuống dưới. Sự mất ổn định này nhanh chóng tăng lên, bộ tạo dao động muối bắt đầu hoạt động. Nước ngọt, xâm nhập lên trên, tăng tốc độ chảy của nó qua lỗ, bởi vì nó nhẹ hơn nước mặn ở cùng cấp độ ở phía bên kia của lỗ. Một vòi nước ngọt bắt đầu đập, và đến một lúc khi tia nước này ngừng dòng nước mặn chảy ra. Bơm nước vào cốc dần dần dẫn đến sự gia tăng chiều cao của chất lỏng trong đó và do đó, làm tăng áp suất ở mức của lỗ. Việc mất nước từ bình làm giảm một chút mức nước trong đó, vì bình rộng hơn cốc. Cuối cùng, đến một thời điểm khi áp suất của nước mặn trong lỗ đủ lớn để giảm bớt, và sau đó dừng hoàn toàn vòi nước ngọt. Chu kỳ đã kết thúc. Lúc này có quá nhiều nước trong cốc và tia nước lại xuất hiện. Dần dần, dòng chảy giảm cho đến khi áp suất tại lỗ được cân bằng trở lại. Sau đó, một số nhiễu loạn ngẫu nhiên lại gây ra chỗ phình ra trên giao diện - một đài phun nước ngọt xuất hiện. Do đó, dòng chảy luân phiên: lên hoặc xuống - đây là bộ tạo dao động muối. Tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào đường kính của lỗ trong cốc và độ nhớt của chất lỏng. Như trong thí nghiệm trước, bạn có thể thử các chất lỏng khác, điều quan trọng là chúng khác nhau về mật độ và không trộn lẫn, chẳng hạn như hỗn hợp rượu và nước. D. Walker báo cáo rằng ông đã thử làm việc với nước có màu hơi xanh lam và dung dịch mật đường có màu đỏ, và theo ông, đã quan sát thấy một cảnh tượng gần như tuyệt vời. Đối với thiết bị của bộ tạo dao động, S. Martin đã sử dụng một ống tiêm y tế. Chu kỳ dao động trong trường hợp này là 4 giây và thời gian hoạt động của bộ dao động là 20 chu kỳ. Bộ tạo dao động của chúng tôi với hộp nhôm hợp lệ, được hạ xuống trong cốc trà, hoạt động với chu kỳ 10 giây trong một giờ.
Một bộ tạo dao động lớn, được làm từ một cái lọ 2 lít và một chai polyetylen chứa chất tẩy Iskra-20, trong dung dịch muối có đường hơi ngọt và có nhiều mực xanh, tạo ra một dòng dài với chu kỳ XNUMX giây. Ngoài "chiếc ô" xoáy ở cuối sợi dây xuất hiện vào đầu mỗi chu kỳ, người ta cũng có thể quan sát thấy các vòng xoáy ở đây. Họ di chuyển xuống, vượt qua, thâm nhập vào nhau và mờ ở dưới cùng của lon. Một số chiếc nhẫn đã được chụp ảnh.
Chúng tôi đã nói về ba thí nghiệm dựa trên sự khác biệt về mật độ của muối và nước ngọt. Trong tự nhiên, sự pha trộn theo chiều dọc của nước biển, gây ra bởi sự khác biệt về mật độ, có tầm quan trọng lớn đối với sự sống của toàn bộ đại dương. Nhờ có anh ấy, sức nóng mặt trời, được hấp thụ bởi một lớp nước mỏng, lan truyền vào sâu. (Tham khảo từ TSB: một lớp chỉ dày 1 cm hấp thụ 94% năng lượng mặt trời chiếu vào bề mặt nước biển thông thường và nước muối tạo thành vùng nước ấm 44,2 ° C với độ mặn 123 gam/kg. Quan tâm đến những áp thấp cũng được gây ra bởi thực tế là trong lớp trầm tích dưới cùng, người ta tìm thấy hàm lượng kẽm, đồng, chì, bạc và vàng tăng lên - trong lớp trầm tích trên 10 mét mà chúng tích lũy (theo ước tính sơ bộ) trị giá 2,5 tỷ đô la . Các nhà khoa học Liên Xô cũng tham gia nghiên cứu những vết lõm này trên các con tàu Akademik Sergey Vavilov và Vityaz. Các nhà khoa học cho rằng tuổi của nước muối trong vùng trũng là khoảng 10000 năm. Một ví dụ khác về sự bất thường như vậy là Hồ Vanda ở Nam Cực. Ngay dưới lớp băng, nước trong đó rất trong lành và nhiệt độ là 0 ° C, ở độ sâu 220 mét, nhiệt độ nước đã là 25 ° C và độ mặn khoảng 150 gam / kg. Áp thấp muối hình thành như thế nào? Làm thế nào chính xác bạn có thể xác định tuổi của nước muối chứa trong chúng? Các nhà khoa học rất khó trả lời những câu hỏi này. Để làm được điều này, người ta phải học cách tính tốc độ trộn đối lưu của nước muối nóng và đậm đặc với nước lạnh ít mặn hơn nằm trên cùng. Cần nghiên cứu kỹ cơ chế hoạt động của “chiếc thìa lớn” trong đại dương. Văn chương:
Tác giả: V.Lagovskiy Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Phòng thí nghiệm Khoa học dành cho Trẻ em: Xem các bài viết khác razdela Phòng thí nghiệm Khoa học dành cho Trẻ em. Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này. Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất: Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
Tin tức thú vị khác: ▪ Ổ đĩa ngoài OWC Mercury Elite Pro Dual 10TB ▪ Neanderthal không liên quan đến chúng tôi ▪ Phương pháp mới chẩn đoán rối loạn lo âu Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới
Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí: ▪ phần An toàn lao động trên công trường. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết của Alfred Newman. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Tại sao trời chỉ mưa vào một số ngày mà không phải những ngày khác? đáp án chi tiết
Để lại bình luận của bạn về bài viết này: Tất cả các ngôn ngữ của trang này Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web www.diagram.com.ua |