1. Тиск у рідині

Великий тиск створює вода в морях і океанах. На глибині \(10\) м тиск води приблизно дорівнює \(100\) кПа, а на глибині \(1\) км — приблизно \(10\ 000\) кПа, що відповідає масі у \(100\) кг, яка тисне на кожен квадратний сантиметр.

На яку глибину може пірнути людина без додаткового спорядження?
Відповідь: людина без спорядження може пірнути на глибину \(30\) метрів.

Якщо людина пірне на глибину \(100\) м, то, щоб вижити, йому буде необхідно певний час провести у декомпресійній камері.

Цікаво: глибоководні риби, які звикли до величезного тиску, вийняті з води, вибухають.

Гідростатичний парадокс:
тиск рідини на дно посудини не залежить від форми посудини, а тільки від густини рідини і від висоти стовпа рідини.

На малюнку всі посудини з однаковими висотами стовпів води, тому тиск на дно всіх посудин однаковий.

Тиск на дно посудини не залежить від сили тяжіння, яка діє на налиту в посудину рідину. Наприклад, налита у другу посудину частина води тисне на стінки посудини, і цей тиск не поширюється на дно посудини, тому сила тиску менша сили тяжіння, яка діє на рідину. У п’ятій посудині рідина тисне на похилі стінки посудини, які теж тиснуть на рідину, і в результаті сила тиску на дно посудини збільшується.

Підземні води — види, класифікація та основні джерела

У верхній частині земної кори знаходяться підземні води. Їх фізичний стан може бути найрізноманітнішим: рідким, твердим, газоподібним. Причому під землею вода переходить з однієї фази в іншу.

Дослідженням і вивченням таких перетворень і діяльності рідини займається спеціальна наука — гідрогеологія.

Різновиди підземних вод

Вода під землею з різною інтенсивністю бере участь в загальному кругообігу. Фахівці відзначають три зони: верхню або вільного обміну, середню або уповільненого водообміну, нижню, яка важко піддається перетворенню. Види підземних вод:

• Вільна – знаходиться в тріщинах, порожнинах грунтів і гірських порід. Їх велика концентрація і потоки поширюють гідростатичний тиск за законом сполучених судин.
• Капілярна – вода, яка переміщається по ущелинах і каналах під дією капілярних сил. Вона може бути: стикової, підвішеною, піднятою. Піднята вода розташована вище вільної і утворює капілярну зону, що призводить до засолення грунтів.
• Плівкова – володіє дуже тонкою плівкою, якою обволікає мінеральні частинки. Вода переміщається в ті місця, де плівка тонше.
• Гігроскопічна – покриває частинки мінералів більш товстою плівкою, а переміщатися рідина починає, коли переходить в газоподібну форму.
• Лід – твердий стан води при низьких температурах. Являє собою кристалічні частинки, з яких утворюються великі скупчення.
• Кристалізаційна – рідина, молекули якої входять в мінерали, а при дегідратації видаляються або переходять в інший стан.

Крім того, до складу підземної атмосфери вода може входити в газоподібному стані і дисоційованому вигляді, з якого складається структура мінералів.

Систематизація за умовами розташування

Водні ресурси, які знаходяться під землею, складають запаси загальним обсягом близько 60 млн км 3 . Фахівці враховують їх як корисну копалину. Класифікація підземних вод:

• ґрунтові;
• верховодка;
• артезіанські;
• мінеральні.

Методи виявлення джерел

Під верхнім шаром земної кори розташовуються грунтові води. Вони заповнюють пори і тріщини, а переміщаються під дією сили тяжіння. За визначенням ця рідина відрізняється невеликою глибиною залягання, вона просочує собою природний масив, займаючи дуже великі площі.

Її поповнення відбувається в результаті інфільтраційного просочування дощових вод через грунт і пісок. Відбувається це протягом тривалого періоду, за який вода насичується органічними речовинами. Деякий обсяг рідини протікає вглиб по ділянці, який має гарну водопроникністю, а частина затримується ближче до поверхні.

Верховодка являє собою тимчасову концентрацію гравітаційних вод в областях аерації грунтів і порід. У цьому випадку походження підземних вод трапляється після атмосферних опадів, паводків і танення снігів. Крім того, вона може утворюватися в результаті внутріпочвенного випаровування з штучних водойм. Верховодка має властивості:

• сезонної нестійкісті;
• обмеженим обсягом розширення;
• різкими змінами рівня.

В основному людина не використовує її для водопостачання. При проведенні відкритих гірничих робіт слід зміцнити укоси для входу і виходу з траншей, спорудити дренажні свердловини із застосуванням водовідведення.

Грунтові та артезіанські

До грунтових відносяться води першого від поверхні землі водоносного горизонту. Вони утворюються в основному просочуванням через грунт після атмосферних опадів, з річок, озер та інших водойм. Вчені помітили, що навіть вічна мерзлота за Полярним колом не заважає грунтовим водам підживлювати моря.

Зазвичай це вільна і безнапірна рідина, яка завжди залишається на рівні розтину. Грунтова вода підживлюється і поширюється в одній області. Протягом сезону рівні сильно різняться в залежності від атмосферних опадів і температури грунту.

Коли відсутні дощі, а грунт постійно знаходиться під сонячними променями, то вода сильно підігрівається, і рівень її падає. Вона має важливе значення для народного господарства в Росії як джерело водопостачання промислових підприємств і населених пунктів.

Міжпластові або артезіанські поклади розташовані між нижніми і верхніми водотривкими шарами. Основна їх відмінність – це відсутність джерел підживлення. Рідина, що знаходиться під тиском щільних шарів грунту, досягає поверхні в якості джерел.

Якщо пробурити пласти, то ця вода з-під землі заб’є фонтаном, тому її видобуток здійснюється буровою установкою на автомобільному шасі. У бурову свердловину вставляється труба, встановлюється фільтр і опускається помпа.

Під час розробки родовищ трапляються прориви, які заважають при проходженні гірських порід і вимагають спеціальної охорони виробок від води. Підземні родовища глибокого залягання добре підходять для забезпечення населення, промислових і сільськогосподарських об’єктів.

Мінеральні родовища

У цих родовищах знаходиться тип підземної води з незмінним хімічним складом і біоактивними мінеральними або органічними елементами. Рідина з такими характеристиками має лікувальні властивості для внутрішнього і зовнішнього використання. Її поділяють:

• за хімічним складом;
• за рівнем мінералізації;
• за способом застосування.

До складу практично будь-якої рідини з-під землі входять мінеральні солі та інші корисні елементи. Вона відрізняється від прісної тим, що її склад формується протягом декількох років під впливом деяких факторів. Її структура ніколи не змінюється і безпосередньо залежить від джерела.

У промислових цілях мінеральну воду добувають за допомогою каптажів, які представляють собою комплекс інженерних споруд. Дуже часто джерела самі виходять назовні у вигляді джерел і ключів. Зазвичай в таких місцях будуються бальнеологічні лікарні і курорти.

Методи пошуку джерел

Підземні поклади існують практично в будь-яких районах, але тільки проблема дістатися до них полягає в глибині залягання. Пошук родовищ проводиться як примітивними підручними матеріалами, так і із застосуванням сучасної техніки.

Розвідка покладів іноді здійснюється способом пробного буріння. Правда, такий спосіб несе великі фінансові витрати, тому він підходить при будівництві великого водозабору для декількох будинків. Спосіб буріння ділиться на кілька методів:

Найчастіше застосовується шнекове буріння, а вибір способу залежить від складності породи, фінансових можливостей та інших факторів. При покладах джерела не глибше 50 м використовується шнек, який, обертаючись, виводить грунт назовні. Найчастіше труби для зміцнення свердловини не потрібні, що набагато прискорює процес і економить кошти. При пошуках родовищ використовуються:

Процедуру необхідно проводити в строго певний час:вранці з 5:00 до 6:00 годин, вдень з 14:00 до 15:00, ввечері з 20:00 до 21: 00. При пошуку спосіб біолокації може виконати не кожна людина, а тільки підготовлений і навчений. Але цей метод не завжди приносить хороші результати. Найбільш точними вважаються спеціалізовані способи виявлення джерел.

Один з них — застосування електричного опору. Зазвичай ним користуються при будівництві великих водозаборів, а в його основі лежить зондування грунтового покриву. Електричний опір рідини і грунту розрізняються, тому по відмінності показників можна визначити, де знаходиться джерело.

Правда, залізниця, що знаходиться недалеко, металевий паркан або родовище залізної руди можуть викликати неточності у вимірах. Визначити знаходження підземних покладів можна візуально і без обладнання. Присутність деяких рослин на ділянці вкаже на наявність підземних джерел. До них відносяться:

• наперстянка;
• верба;
• перстач;
• болиголов.

Існують деякі непрямі ознаки: вранці густий туман над ділянкою, наявність безлічі комах, густа зелена трава. Крім того, часто тварини риють ями в місцях розташування джерел. Таким чином, для виявлення родовища підземної води можна використовувати різні методи.