گام به گام آزمایش 16 صفحه 140 درس آزمایش های کاوشگری آزمایشگاه علوم تجربی (1)

چگونه می توان یک چگالی سنج ساده ساخت؟

توسعه و کاربرد

1) شناور ماندن جسم روی یک شاره، بستگی به چگالی جسم و شاره دارد، این نکته برای حرکت کشتی ها و میزان باری که با خود حمل می کنند با اهمیت است زیرا، در اقلیم های متفاوت آب و هوایی، به دلیل تغییرات دما و شوری آب، چگالی نیز تغییر میکند. برای جلوگیری از غرق شدن کشتیها، آنها را با توجه به راهنمای خط شاهین ، بارگیری می کنند. در مورد خط شاهین، تحقیق کنید.

شرح آزمایش:

چگالی سنج وسیله ای است که برای اندازه گیری سریع چگالی نسبی یک مایع به کار می رود، این وسیله را در داخل مایع قرار می دهند و درجه مقیاس را در تراز سطح مایع می خوانند. هرچه مایع چگال تر باشد، چگالی سنج کمتر در مایع فرو می رود، مدرج کردن چگالی سنج ها برای اهداف مختلف متفاوت است. با توجه به این که چگالی یک مایع به دمای آن بستگی دارد در تعدادی از چگالی سنج ها دماسنج هم وجود دارد تا همزمان بتوانند هم دمای مایع و هم چگالی نسبی آن را بخوانند.

با دانستن چگالی آب و میزان فرورفتن چگالی سنج در آب و در یک مایع دیگر می توانیم چگالی نسبی مایع و همینطور چگالی آن را بدست آوریم.زیرا نسبت میزان فرورفتن آن ها برابراست با نسبت چگالی دو مایع.
توجه: برای این که چگالی سنج به صورت عمودی در مایع ها قرار گیرد می توانید مقداری ماسه و یا هر جسم
دیگری داخل لوله بریزید تا سنگین شود.

یافته های من:

1) در یک ظرف آب سرعت خروج آب از سوراخ های داخل بدنه ظرف به اختلاف ارتفاع سطح آب و سوراخ بستگی دارد.و هر چه این اختلاف کمتر شود سرعت خروج کمتر خواهد شد.

2) در بطری ماریوت سرعت خروج آب از نی افقی ثابت است و این سرعت به اختلاف فاصله عمودی بین انتهای نی عمودی و ابتدای نی افقی بستگی دارد.

توسعه و کاربرد

اهمیت چگالی بر تخلیه و بارگیری کشتی ها: هر جسمی که در یک شاره مثل آب شناور باشد بر اساس ویژگیهایش یک ضریت شناوری برای آن تعریف می شود ، این ضریب شناوری خود بر اساس اختلاف چگالی جسم شناور با شاره ای که جسم داخل آن قرار دارد محاسبه می شود. اگر چگالی جسم بیشتر از چگالی شاره باشد جسم به عمق شاره رفته و فرو میرود. اگر چگالی جسم و چگالی شاره برابر باشند جسم در درون شاره غوطه ور می شود. و اگر چگالی جسم کمتر از چگالی شاره باشد، جسم در سطح شاره قرار گرفته و اصطلاحا شناور می ماند. با توجه به اینکه شناور ماندن جسم بر روی یک شاره بستگی به چگالی جسم و شاره دارد، این نکته برای حرکت کشتی ها در دریا و میزان باری که با خود حمل می نمایند بسیار با اهمیت است زیرا که در اقلیم های متفاوت آب و هوایی، به دلیل تغییرات دما و شوری و فشار چگالی نیز تغییر می کند، به همین منظور از با استفاده از راهنمای خط شاهین، از غرق شدن کشتی ها با توجه به میزان بارگیری آنها جلوگیری به عمل می آید.

خط شاهین چیست؟

خط شاهین نشان می دهد که با تغییر در چگالی آب، حد و میزان بارگیری چه اندازه باید باشد تا شناوری کشتی در دریا و در شرایط آب و هوایی گوناگون حفظ شود. همانطور که در شکل 1مشاهده می شود، بر روی کشتی ها نشانه هایی وجود دارد که به خط شاهین معروف بوده، این خطوط بر روی بدنۀ کشتی قرار گرفته و نشان دهندۀ حداکثر بارگیری مجاز کشتی در شرایط مختلف آب و هوایی میباشد.خط شاهین به صورت برجسته در طرفین کشتی حک می شود تا از هر طرف قابل رویت باشد. معمولا خط شاهین در نزدیک خط وسط و نزدیک به قسمت جلو کشتی ترسیم میشود. همان طور که گفته شد چگالی آب متاثر از دما و شوری و فشار بوده، بنابراین در محیط های مختلف دریایی و اقیانوسی تغییرات اقلیم بر چگالی آب ها تاثیر گذار بنابراین تغییر چگالی تعیین کننده میزان بارگیری کشتی ها می باشد.

TF : خط بارگیری در مناطق استوایی و آب شیرین

F : خط بارگیری در مناطق تابستانی و آّب شیرین

T : خط بارگیری در مناطق استوایی

S : خط بارگیری تابستانی

W : خط بارگیری زمستانی

عبارت :WNA خط بارگیری در مناطق زمستانی در اطلس شمالی است. به دلیل وجود تفاوت چگالی در آبهای شور و شیرین از یکسو و نیز تفاوت در دمای آبها و تاثیر آن بر چگالی آب در فصول مختلف تابستان و زمستان از سوی دیگر بر ظرفیت بارگیری شناورها در مناطق مختلف اقلیمی تاثیر گذار است، به عنوان مثال در منطقه   TF (منطقه استوایی و آب شیرین) بیشترین حجم کالایی که توسط شناور بارگیری می شود باید تا آنجایی باشد که خط TFمماس با سطح آب قرار بگیرد، در این منطقه بیشترین بارگیری برای شناورها صورت می گیرد.

منظور از منطقه استوایی نیز منطقه ای است که معمولاً آب و هوا یا اقلیم گرم و مرطوب دارد و در میان مدارهای رأس السرطان و رأس الجدی واقع شده است.

آب شیرین هم، آبیاست که درصد املاح نمکی غیر حل شدنی آن بسیار کم و زلال باشد

منطقه  WNA(زمستانی در اطلس شمالی) بیشترین حجم کالایی که توسط شناور بارگیری می شود باید تا آنجایی باشد که خط WNA مماس با سطح آب قرار بگیرد، کمترین بارگیری برای شناورها در این منطقه صورت می پذیرد. چرخه گردش آب در منطقه WNA بسیار منحصر به فرد می باشد، به همین دلیل خط شاهین برای این منطقه منحصراً مشخص شده است، آبهای اطلس شمالی با عبور از شمال به نزدیکی آفریقا می رسد و در اقیانوس هند و حتی دورتر در اقیانوس آرام تبخیر شده و در نهایت با ریزش باران مجددا به اقیانوس اطلس شمالی بازگشته و این چرخه مجددا تکرار می شود.