علوم پایه مقالات

فشار بالا در اعماق اقیانوس

فشار در عمق آب
نوشته شده توسط سید محمد حسین خلیلی

فشار زیاد یک چالش برای کاوشگران عمق دریاهاست

اگرچه بیشتر از ۷۰ درصد سطح زمین را دریاها و اقیانوس‌ها پوشانده‌اند اما کمتر از ۵ درصد از اقیانوس‌ها کشف‌شده است. سطح اقیانوس‌ها به طور منظم توسط کشتی‌های تحقیقاتی و تجاری طی می‌شود، اما قسمت عظیمی از اعماق اقیانوس‌ها هنوز نادیده مانده‌اند. کف دریاها و اقیانوس‌ها محل زندگی موجودات منحصر به فرد است، علاوه بر این عوارض زمین‌شناسی بخصوصی نیز در این نواحی وجود دارد. برای اکتشاف این بخش از دنیا، دانشمندان و کاشفان ابتدا باید بر یک چالش بزرگ غلبه کنند: فشار شدید!

فشار در اعماق

همه چیز در عمق اقیانوس، تحت‌فشار شدید است. در هر عمقی از اقیانوس وزن آب بالای سر، به جسمی که در آن عمق قرار دارد فشار وارد می‌کند. به ازای هر ۱۰ متر فرو رفتن در عمق اقیانوس فشاری معادل یک کیلوگرم بر هر سانتیمتر مربع از سطح وارد می‌شود.
به منظور اکتشاف در اعماق بیشتر، محققین باید تجهیزات ویژه‌ای را طراحی کنند که بتواند در این فشارهای بالا دوام بیاورد مانند زیردریایی‌ها و ربات‌های غواصی که بتوان آنها را از راه دور کنترل کرد. یک زیردریایی بدون سرنشین که تا عمق ۲ هزار متری اقیانوس می‌رود، فشاری معادل ۱۹۷ کیلوگرم بر هر سانتیمتر مربع را تجربه می‌کند.
در اینجا مثالی را برای درک بهتر ارتباط عمق و فشار می آوریم: ظرف آبی را در نظر بگیرید که چند سوراخ در آن ایجاد کرده باشیم. هنگام تخلیه آب از این سوراخ‌ها، شدت خروج آب از روزنه‌ای که در عمق بیشتری است، بالاتر خواهد بود.

۱-three-hole-pressure-cover-image

 

لیوان‌های فومی

یک سرگرمی مورد علاقه روی کشتی‌های تحقیقاتی و اکتشافی مثل کشتی ناتیلوس، تزئین لیوان و قرار دادن آن روی زیردریایی‌های اکتشافی در طول زمان اکتشاف است. آن‌ها لیوان‌های فومی که در کشتی استفاده می‌کنند را به کمک یک تور کوچک همراه با زیردریایی بدون سرنشین به عمق اقیانوس می‌فرستند، زمانی که زیردریایی از مأموریت اکتشافی خود برمی‌گردد، لیوان فومی به طرز قابل‌ توجهی کوچک‌شده است اما وزنش همان مقدار باقی‌مانده است.

۱۹-many-little-and-big-cups

اما چرا لیوان‌ها کوچک می‌شوند؟
لیوان‌های فومی از فوم‌های منبسط‌ شده پلی‌استر یا EPF ساخته‌شده‌اند؛ مانند بیشتر فوم‌ها، EPF ها نیز از گلوله‌های پلی‌استری کوچک به هم چسبیده‌ ساخته‌شده‌اند. زمانی که یک لیوان فومی به کف اقیانوس فرستاده می‌شود، بر اثر فشار هوا، درون تکه‌های کوچک پلی‌استر فشرده می‌شود و دانه‌های پلی‌استر خرد می‌شود.
در عمق اقیانوس فشار بسیار زیادی از همه جهات وارد می‌شود و لیوان را به طور یکنواخت فشرده می‌کند. در عمق ۲۰۰۰ متری فشار وارد بر یک لیوان فومی معادل با قرار دادن ۵۰۰ لاک‌پشت بالغِ گالاپاگوس بر روی آن است.

تصویر میکروسکوپ الکترونی SEM، از لیوان فمی قبل (سمت چپ) و بعد (سمت راست) فشرده شدن در عمق اقیانوس؛ تصاویر از Aaron Smith

تصویر میکروسکوپ الکترونی SEM، از لیوان فومی قبل (سمت چپ) و بعد (سمت راست) فشرده شدن در عمق اقیانوس؛ تصاویر از Aaron Smith

در حالی که فشرده شدن لیوان‌ها در عمق اقیانوس برای دریانوردان و کاشفان اقیانوس یک سرگرمی محسوب می‌شود. برای موجودات زنده درون اقیانوس و زیردریایی‌ها؛ فشار آب مسئله‌ای جدی است.

شبیه‌سازی فشار در عمق اقیانوس

اگر می‌خواهید تأثیر فشار را شبیه‌سازی کنید، به کمک یک پمپ یا یک سرنگ معمولی می‌توانید. با ما در ادامه همراه باشید.

پمپ + بطری نوشابه
یک بطری نوشابه خالی را با دانه‌های پلی‌استر پر کنید. می‌توانید به ریز کردن چند لیوان فومی این کار را انجام دهید. بهتر است به کمک یک تکه کاغذ که آن را به صورت قیف در آورده‌اید، بطری را از دانه‌های پلی‌استر پر کنید.

۹-pour-beads-into-bottle

بعد از آن با یک ماژیک، ارتفاعی که دانه‌های پلی‌استر تا آنجا را پر کرده‌اند، مشخص کنید.
درب بطری را با استفاده از یک سوزن تیوپ (دوچرخه) برای اتصال پمپ آماده کنید. بعد از آن با اتصال پمپ به بطری، آماده شروع باشید.

۱۱-hold-bottle-and-connector-and-pump

با استفاده از پمپ، هوا را به داخل بطری بفرستید. بسته به مقاومت بطری و توان شما در افزایش فشار داخل بطری، دانه‌های پلی‌استر فشرده خواهند شد. این موضوع را می‌توانید از مقایسه ارتفاع دانه‌های پلی‌استر در بطری متوجه شوید.

۸-cover-image-and-release-valve

استفاده از سرنگ

با استفاده از یک سرنگ نیز می‌توانید اثر فشار بر لیوان فومی مشاهده کنید. برای این کار کافی است یک تکه از لیوان فومی (یک تکه فوم پلی‌استر) را در درون سرنگ قرار دهید؛ و با مسدود کردن سر سرنگ، شروع به فشرده کردن‌ داخل آن کنید. به راحتی خواهید توانست تغییرات فوم را ببنید.

همچنین می‌توانید با بیرون کشیدن سرنگ، تأثیر شرایط فشار پاییین تر از فشار معمولی را بر لیوان فومی ببینید.

درباره نویسنده

سید محمد حسین خلیلی

۱ دیدگاه

دیدگاه شما چیست