|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LABORATORIO CIENTÍFICO INFANTIL
Gran cuchara de la naturaleza. Laboratorio de ciencias para niños
Directorio / Laboratorio de ciencias para niños En febrero de 1970, no lejos de la isla de Martinica en el Caribe, tres científicos estadounidenses, G. Stommel, L. Howard y D. Nergard, intentaron con una perseverancia envidiable hundir bajo el agua una tripa de plástico de un kilómetro de longitud, como la que Los jardineros utilizan para regar flores y árboles. La tripa flexible se enredó y se rompió, causando muchos problemas a los científicos, pero aun así lograron su objetivo: al final, la tripa "colgó" verticalmente, desde la superficie del agua hasta una profundidad de 1000 metros. Y entonces los científicos vieron lo que querían ver: probaron experimentalmente las proposiciones teóricas expresadas 14 años antes por G. Stommel, A. Arong y D. Blengard en la obra "Oceanographic Riddle", y se aseguraron de que estas disposiciones fueran ciertas. Los autores de este trabajo teórico, después de estudiar la distribución de la densidad del agua en función de su salinidad y temperatura en diferentes zonas del Océano Mundial a diferentes profundidades, llegaron a la conclusión de que si, por ejemplo, en el Mar de los Sargazos, cerca de las Bermudas, se forma cobre Si se baja verticalmente una tubería de, digamos, 1000 metros de largo y un diámetro interior de 2 centímetros para que el extremo no sobresalga demasiado del agua, entonces será posible observar un fenómeno sorprendente, que los autores llamaron "eterno". fuente de sal". Para poner en marcha esta fuente basta con conectar el extremo superior del tubo a la bomba, encenderla y mantenerla encendida exactamente el tiempo necesario para elevar una porción de agua menos salada desde mil metros de profundidad. Después de eso, se puede desconectar la bomba y el agua de la tubería brotará por sí sola. El hecho es que la bomba aspira agua fría, menos salada que el agua en capas más altas, hacia la tubería desde una marca de mil metros. Al ascender, el agua se calienta un poco y recibe calor a través de las paredes de la tubería del agua algo más caliente de las capas superiores. Las paredes de cobre de la tubería proporcionan intercambio de calor, pero no intercambio de sal, de modo que el agua en la tubería se calienta a medida que asciende, permaneciendo ligeramente salada y, por lo tanto, relativamente menos densa. Por tanto, una columna de agua contenida en una tubería es más ligera que una columna de agua equivalente fuera de la tubería. La diferencia de peso da lugar a una diferencia de presión, lo que finalmente hace que el agua menos salada suba por la tubería. Si el extremo de la tubería no sobresale demasiado de la superficie, entonces habrá suficiente exceso de presión para activar la "fuente perpetua" y continuamente saldrá menos agua salada del extremo que sobresale de la tubería. Este proceso continuará hasta que el agua del Mar de los Sargazos esté bien mezclada, es decir, casi indefinidamente.
Habiendo recibido una fuente de sal de 60 centímetros de altura, los científicos de repente comenzaron a dudar: ¿y si no es la diferencia de densidad, sino las olas en la superficie las que hacen que el agua suba? Las olas mueven una manguera flexible y elástica unida al flotador, y quizás la convierten en una especie de bomba, que simplemente alimenta con energía la "fuente eterna". La repetición del experimento con una manguera rígida permitió despejar dudas: la fuente de sal también funcionó en este caso. Intentemos conseguir una fuente de sal y nosotros. Para esto no necesitarás una manguera de un kilómetro y, en lugar de Bermudas, simplemente tenemos que ir a la cocina. Y el océano tropical, donde el agua es más cálida y salada en la superficie y más fría y menos salada en la profundidad, lo modelaremos usando un plato ancho. También necesitaremos un vaso de plástico, por ejemplo, debajo del queso Volna, en cuyo fondo se debe perforar un agujero con un alfiler.
Para empezar, vierta agua fría del grifo en el océano para que la profundidad de esta capa inferior sea de 3 a 4 centímetros. Ponemos un vaso de plástico con un agujero boca abajo en el agua. Ahora, con mucho cuidado, para evitar al máximo que se mezclen, echaremos agua tibia en la cacerola hasta que salga agua fría por el agujero del vaso. Y finalmente, simulemos la capa superficial del océano tropical; para esto (nuevamente con extrema precaución) verteremos una fina capa de agua salada caliente sobre la capa de agua tibia. El océano está listo. Si ahora dejas caer pintura o tinta sobre el agujero del vaso, podrás ver que del agujero sale una pequeña fuente de agua, simulando una fuente de sal oceánica. El agua que sale del vaso tiene aproximadamente la misma temperatura que el agua que sale a la misma profundidad, pero es menos salada y, por tanto, más ligera. Esto hace que el agua salga del vaso. La fuente funcionará hasta que la sal y el calor se distribuyan uniformemente por todo el volumen de nuestro "océano". dedos de sal Debido al hecho de que en las soluciones salinas el calor se propaga mucho más rápido que la sal (aproximadamente una vez cada cien) en el océano, bajo ciertas condiciones puede haber una especie de tubería de cobre natural, o mejor dicho, muchos tubos pequeños, canales invisibles a través de cuyo movimiento se produce agua en agua. Si se coloca una capa de agua tibia y salada sobre una capa de agua fría, no muy salada, en la interfaz se forman fuentes de sal en miniatura, llamadas "dedos de sal": corrientes de agua menos salada que se baten, separadas entre sí por hilos que caen de más agua salada.
No fue posible observar dedos de sal directamente en el océano, pero sí en la cocina, ¡por favor! Para hacer esto, solo es necesario verter agua caliente salada teñida en un vaso de agua fría del grifo. Por supuesto, debe verter con mucho cuidado para que la interfaz entre agua fría y caliente sea bastante clara. Para conseguir una interfaz clara entre las capas de agua del "océano", D. Walker aconseja verter agua caliente desde una pequeña altura sobre un trozo de tabla flotante; K. Stong recomienda utilizar un círculo de papel bajado con una cuerda hasta la superficie misma del agua fría en un frasco.
En unos minutos, una vez que el modelo esté listo, en la interfaz crecerán dedos de sal, de 1 a 5 centímetros de largo y aproximadamente un milímetro de grosor. Este fenómeno dura bastante tiempo, desde varios minutos hasta varias horas. La aparición y desarrollo de los dedos de sal puede explicarse por la excitación de las ondas, que deforma la interfaz inicialmente tranquila. Las gotas de agua fría pasan al agua caliente y viceversa. Debido a la diferencia en la velocidad de propagación del calor y la difusión de la sal, las gotas que se encuentran en la parte superior de la línea divisoria básicamente solo se calientan, la concentración de sal en ellas apenas cambia, se vuelven más ligeras y continúan aumentando; las gotas que se encuentran debajo de la línea divisoria desprenden calor, se enfrían, se vuelven más pesadas y se hunden.
Debido a las grandes pérdidas de calor a través de las paredes del recipiente, el experimento con los dedos en un ambiente cálido y salado no siempre tiene éxito inmediato. El físico inglés S. Turner propuso para el experimento un sistema sal-azúcar más racional formado por dos soluciones. La primera solución es salada y dulce: dos cucharaditas y media de sal y una cucharadita de azúcar granulada por vaso de agua del grifo. La segunda solución es dulce-salada: dos cucharaditas de azúcar y una cucharadita de sal en un vaso de agua del grifo. Primero, se vierte una solución dulce y salada en un frasco de vidrio; forma la capa inferior de todo el sistema. Luego, con mucho cuidado, manteniendo la interfaz, se vierte la solución dulce-salada en el mismo frasco; debe estar teñido (tinta "Arco iris" - azul o rojo). Los dedos de sal aparecerán en una hora y durarán varias horas. La tasa de crecimiento de los dedos en este experimento depende de la tasa de difusión de la sal, y su apariencia misma se debe al hecho de que la sal se difunde más rápido que el azúcar. La capa superior (dulce-salada) tiene una densidad menor que la inferior, y el límite entre las capas, al parecer, debería ser estable. Pero una inestabilidad inicial aleatoria envía una pequeña cantidad de solución de azúcar hacia abajo, y la sal penetra en el bulto resultante más rápido de lo que el azúcar se difunde en la salmuera circundante. El bulto con la adición de sal se vuelve más denso que su entorno y se precipita hacia abajo, formando un dedo. De la misma manera, un pequeño bulto de agua salada de la capa inferior y más densa, que penetra hacia arriba en la solución dulce-salada, pierde sal más rápido de lo que adquiere azúcar, se vuelve más liviano que su entorno y se precipita hacia arriba en forma de dedo en crecimiento. oscilador de sal Y por último, otra increíble experiencia basada en la diferencia de densidades del agua salada y dulce. Para el experimento, necesitará un frasco de vidrio de verduras enlatadas o un vaso de té fino, un cartucho de aluminio de validol o una película fotográfica. También puede utilizar un vaso de plástico debajo de algún medicamento. Perfora el fondo del vaso con una aguja, preferiblemente calentada, para que los bordes del agujero queden lisos. Es fácil perforar un agujero en un cartucho de aluminio con la misma aguja.
Vierta agua fría en el frasco casi hasta el borde. Prepare agua salada (de una a una cucharadita y media de sal por vaso de agua), tíñela con tinta arcoíris (azul o roja). Fije la taza en un soporte de cartón haciendo un agujero en él según el diámetro de la taza. Luego bájelo en el frasco y, mientras vierte la solución salina, asegúrese de que el nivel del agua en el vaso sea un poco más alto que en el frasco. Ahora mira lo que sucede. El agua salada, más densa y pesada, comienza a fluir a través del agujero del vaso hacia el agua dulce. Se puede suponer que fluirá uniformemente hasta que el nivel de salmuera en el vaso disminuya tanto que la presión de la salmuera que sale sea igual a la presión del agua dulce en el frasco al nivel del agujero. Todo parece estar sucediendo. El chorro teñido se vuelve más fino y desaparece. ¿Todo? No, al cabo de un rato el jet vuelve a aparecer y vuelve a desaparecer. Esto continúa desde hace bastante tiempo.
Lo que sucede en el vaso en el momento en que el chorro se detiene es fácil de adivinar, recordando la primera experiencia: hay una fuente de agua dulce, desde el fondo del vaso, más precisamente, desde el agujero, fresca, es decir, más ligero, el agua sube a través del espesor de la salmuera. Si el agua dulce estuviera teñida, podríamos observar esta fuente. Así se obtuvo un determinado sistema oscilatorio, que se denominó "oscilador de sal de Martin" en honor al científico que descubrió este efecto por primera vez en 1970. El período de oscilación del oscilador depende principalmente del tamaño del agujero y de la temperatura del agua dulce. El funcionamiento del oscilador se basa en los mismos mecanismos que en experimentos anteriores.
A. El sistema está en equilibrio. Debajo del agujero en el vaso hay agua fresca y fría; encima del agujero hay un líquido más denso, salmuera. B, C. El surgimiento de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor, el "swing" y el comienzo del flujo ascendente de agua dulce. Un oscilador de sal, escribe D. Walker, es un ejemplo de un sistema que comienza a oscilar después de la autoexcitación debido a la inestabilidad de Rayleigh-Taylor (inestabilidad en la interfaz de una capa de un líquido más denso que se encuentra sobre uno menos denso cuando la interfaz está en equilibrio hidrostático), seguido de una rápida excitación (acumulación) en la interfaz entre dos líquidos. En otras palabras, en nuestro experimento, a pesar de la igualación de presiones en el agujero, una capa de un líquido más denso que se encuentra sobre una capa de un líquido menos denso es inestable y está sujeta a algunas perturbaciones débiles y aleatorias. Tales perturbaciones generan un ligero abultamiento en la interfaz entre dos fluidos. Debido a la diferencia de densidad, parte del líquido menos denso queda encima de la interfaz antigua y parte del líquido más denso es empujado hacia abajo. Esta inestabilidad aumenta rápidamente y el oscilador de sal comienza a funcionar. El agua dulce, al penetrar hacia arriba, acelera su flujo a través del agujero, porque es más ligera que el agua salada en el mismo nivel al otro lado del agujero. Una fuente de agua dulce comienza a batir, y llega un momento en que este chorro detiene la salida de agua salada. Bombear agua a la taza conduce gradualmente a un aumento en la altura del líquido en ella y, en consecuencia, a un aumento de la presión al nivel del orificio. La pérdida de agua de la jarra reduce ligeramente el nivel de agua que contiene, ya que la jarra es más ancha que la taza. Finalmente, llega un momento en el que la presión del agua salada en el agujero se vuelve lo suficientemente grande como para reducirse, y luego detener por completo la fuente de agua dulce. El ciclo ha terminado. Ahora hay demasiada agua en el vaso y vuelve a aparecer el chorro. Gradualmente, el flujo disminuye hasta que la presión en el orificio se iguala nuevamente. Luego, alguna perturbación aleatoria vuelve a provocar un bulto en la interfaz: aparece una fuente de agua dulce. Por lo tanto, el flujo se alterna: hacia arriba o hacia abajo: este es el oscilador de sal. El caudal depende del diámetro del orificio de la copa y de la viscosidad del líquido. Como en el experimento anterior, puedes probar con otros líquidos, solo es importante que difieran en densidad y no se mezclen, como, por ejemplo, el alcohol y el agua. D. Walker informa que intentó trabajar con agua, ligeramente teñida de azul, y una solución de melaza, teñida de rojo, y observó, según él, un espectáculo casi fabuloso. Para el dispositivo del oscilador, S. Martin utilizó una jeringa médica. El período de oscilación fue en este caso igual a 4 segundos y el período de funcionamiento del oscilador fue de 20 ciclos. Nuestro oscilador con un cartucho de aluminio de Validol, sumergido en un vaso de té, funcionó en un ciclo de 10 segundos durante una hora.
Un gran oscilador, fabricado con un frasco de cinco litros y una botella de polietileno de lejía Iskra-2, en una solución salina ligeramente endulzada con azúcar y fuertemente teñida con tinta azul, producía un largo chorro con un ciclo de 20 segundos. Además del "paraguas" del vórtice al final de la cuerda, que aparece al comienzo de cada ciclo, aquí también se pueden observar anillos de vórtice. Se mueven hacia abajo, se adelantan, se penetran y se desdibujan en el fondo de la lata. Algunos de los anillos fueron fotografiados.
Hablamos de tres experimentos basados en diferencias en la densidad del agua salada y dulce. En la naturaleza, la mezcla vertical de las aguas del océano, provocada por la diferencia de densidades, es de gran importancia para la vida de todo el océano. Gracias a él, el calor solar, absorbido por una fina capa de agua, se propaga hacia las profundidades. (Referencia de TSB: una capa de sólo 1 centímetro de espesor absorbe el 94% de la energía solar que incide en la superficie del agua de mar normal y la salmuera formó una zona de agua cálida de 44,2 °C con una salinidad de 123 gramos por kilogramo. Interés en estos Las depresiones también se deben al hecho de que en los sedimentos del fondo se encontró un mayor contenido de zinc, cobre, plomo, plata y oro; en la capa superior de 10 metros de sedimento se acumularon (según estimaciones preliminares) por un valor de 2,5 mil millones de dólares. . Los científicos soviéticos también participaron en el estudio de estas depresiones en los barcos Akademik Sergey Vavilov y Vityaz. Los científicos sugieren que la edad de la salmuera en las depresiones es de unos 10000 años. Otro ejemplo de tal anomalía es el lago Vanda en la Antártida. Directamente debajo del hielo, el agua que contiene es dulce y su temperatura es de 0 ° C, y a una profundidad de 220 metros la temperatura del agua ya es de 25 ° C y la salinidad es de aproximadamente 150 gramos por kilogramo. ¿Cómo se formaron las depresiones de sal? ¿Con qué precisión se puede determinar la edad de la salmuera que contienen? A los científicos les resulta difícil responder a estas preguntas. Para hacer esto, es necesario aprender a calcular la tasa de mezcla convectiva de salmueras densas y calientes con agua fría menos salada ubicada en la parte superior. Es necesario estudiar a fondo el mecanismo de acción de la "cuchara grande" en el océano. Literatura:
Autor: V.Lagovskiy
▪ Motor eléctrico de clips de papel
El ruido del tráfico retrasa el crecimiento de los polluelos
06.05.2024 Altavoz inalámbrico Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Una nueva forma de controlar y manipular señales ópticas
05.05.2024
▪ Osciloscopio de doble canal B&K PRECISION 1541D ▪ Un modelo para predecir la descomposición de las vitaminas en el espacio ▪ Sistema de un solo chip Huawei Kirin 970
▪ sección del sitio Tecnologías de fábrica en casa. Selección de artículos ▪ artículo Prestidigitación, y sin fraude. expresión popular ▪ artículo ¿Cuáles son los tamaños de las moléculas? Respuesta detallada ▪ artículo Trébol rojo. Leyendas, cultivo, métodos de aplicación. ▪ artículo Cargador con temporizador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Recomendamos artículos interesantes. sección 
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página