Научные стремления 2011-2

Установка состоит из поршня 1, цилиндра, заполненного водой 2, трубок 5 и 6, перекрывающих зажимов 3и 4, жидкостного манометра 7. В качестве поршня использовалась стеклянная пробирка, в качестве цилиндра – пластиковая бутылка.

Бутылка заполняется доверху водой, при этом зажимы 3 и 4 закрыты. Затем внутрь бутылки помешается пробирка, с наружным диаметром на 1,0 – 1,5 мм меньше чем внутренний диаметр горлышка бутылки. Бутылка с пробиркой переворачивается, после чего пробирка начинает подниматься вверх. После соприкосновения горлышка пробирки и бутылки открывается зажим 3, атмосферное давление начинает действовать на воду в бутылке и в свою очередь на донышко пробирки сверху вниз. Пробирка под действием силы тяжести начинает двигаться вниз. Если после того как пробирка сместилась вниз не более половины своей длины закрыть клапан 3, то пробирка опять начнет двигаться вверх. В дальнейшем процесс повторяется. Движение пробирки вверх и вниз повторяется до тех пор, пока уровень воды в бутылке не меньше половины длины пробирки. Если при движении вниз пробирка опускается более чем на половину еѐ длины, то после этого пробирка проваливается (выпадает из бутылки).

Определим условие, которое должно выполняться, чтобы поршень из крайнего верхнего положения начал двигаться вниз (рис. 4).

Когда поршень начинает двигаться вниз, на него действуют сила тяжести mg, Сила атмосферного давления F0, сила давления воздуха, находящегося в цилиндре F1, сила давления жидкости, находящаяся сверху поршня F2. Силу вязкого трения не учитываем, так как в момент начала движения данная сила равна нулю. Модули сил равны:

F0 = Р0·S (1), где Р0 – атмосферное давление , S – площадь поперечного сечения поршня.

F1 = Р1·S (2), где Р1 – давление воздуха в цилиндре. При закрытом зажиме 3 давление воздуха в цилиндре

Р1 = Р0 - ρ·g·H (3), где H – высота воды над нижним краем цилиндра.

891

F2 = ρ·g·(H-h) ·S (4), где h – длина поршня.

Для начала движения поршня вниз должно выполниться условие:

mg+ F1+ F2 ≥ F0 (5).

При этом в цилиндре должно установиться давление воздуха Р1

Р1 ≥ Р0 - ρ·g·(H-h) - mg/S (6)

Условие начала движения поршня вверх из крайнего нижнего положения (от точки проваливания) (рис.5) будет иметь вид:

F0 ≥ mg+ F1+ F2 (7),

Модули сил равны: F0 = Р0·S (1), F1 = Р1·S (2), F2 = ρ·g·(H' -h') ·S (8),

где h' – длина части поршня, находящегося в воде H' – высота воды над нижним краем цилиндра.

При этом в цилиндре должно установиться давление воздуха согласно (9)

Р1 ≤ Р0 - ρ·g·(H'-h') - mg/S (9)

Масса груза, которую может поднять данный подъемник можно определить из условия (10)

mг = ρh'S – mп (10) , где mп – масса поршня, mг – масса груза, ρh'S – масса воды в объеме части поршня находящейся в цилиндре.

Оценочный расчет массы груза который можно поднять с помощью нашей установки, согласно (10) дает значение mг.теор = (18,0 ±3,6)г.

Таблица 1. Определение грузоподъемности экспериментальной установки.

Экспериментально с помощью нашей установки удалось поднимать груз mг.эксп =10г в течении нескольких ходов поршня. При полностью заполненном водой цилиндре в крайнем верхнем положении поршень держал груз массой

30г (рис. 6).

Из (11) можно определить крайнее нижнее положение поршня, ниже которого поршень проваливается.

h' = (mг + mп)/(ρS) (11)

При не нагруженной пробирке mг=0, h' = mп/(ρS) получаем h'т = (9,6±0,1)см. Экспериментально мы обнаружили, что пробирка проваливается при h'э = (9,5±0,5)см, что хорошо согласуется с теоретическими расчетами.

Нами предлагается следующая принципиальная схема гидроатмосферного подъемника (рис. 7).

892

Рис. 7 Принципиальная схема гидроатмосферного подъемника

Принцип работы данного механизма следующий. В начальный момент поршень 1 находится в крайнем верхнем положении, цилиндр 2 полностью заполнен водой, вентиль 4 закрыт. После открытия вентиля 4 (рис. 7а) цилиндр 2 через жидкость в накопительном резервуаре 3 сообщается с атмосферой и поршень 1 движется вниз. В это время из накопительного резервуара 3 в цилиндр 2 поступает жидкость, такое же количество жидкости вытекает из цилиндра 2 через зазор между поршнем 1 и горлышком цилиндра. Поршень опускается до тех пор, пока упор 6 не коснется горлышка цилиндра (рис. 7б). Упор 6 должен быть плотно подогнан к горлышку так, чтобы когда поршень находиться в крайнем нижнем положении вода из цилиндра не выливалась. После того как упор 6 коснется горлышка цилиндра вентиль 4 закрывается. Теперь атмосфера давит на поршень только снизу, давление воды на поршень сверху меньше атмосферного и поршень 1 движется вверх. Далее процесс повторяется.

Выполним оценочный расчет КПД (рис.8).

Рис. 8

При условии, что изменением уровня воды в накопительном резервуаре и расходом воды при движении поршня вниз можно пренебречь (идеальные условия), то КПД подъемника за один цикл можно определить по формуле (12),

893

в общем случае КПД можно определить по формуле (13). Оценочный КПД нашего подъемника составил 14%.

η= Ап/Аз= h1/Н1 (12); η= Ап/Аз= 2mгgh1/mвg(Н1+Н2) (13)

Выводы:

1.Масса груза, который может поднять гидроатмосферный подъемник

можно определить из соотношения mг = ρh'S – mп (10),где ρh'S – есть масса воды в объеме части поршня находящейся в цилиндре, mп – масса поршня.

2.Крайнее нижнее положение поршня, ниже которого поршень проваливается, можно определить из соотношения h' = (mг + mп)/(ρS) (11)

3.КПД подъемника в идеальном случае можно определить по формуле η= Ап/Аз= h1/Н1 (12), в общем случае КПД можно определить по формуле

η= Ап/Аз= 2mгgh1/mвg(Н1+Н2) (13) .

Литературные источники

1.Горев Л.А. Занимательные опыты по физике – М.: «Просвещение», 1985г. – 176с.

2.Исаченкова Л.А., Лещинский Ю.Д. Физика 7. – Мн.: «Народная асвета», 2009г. –

184с.

3.Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике – М.: «Наука», 1988г. – 256с.

4.Лансберг Г.С. Элементарный учебник физики. т. 1 – М.: гос. изд-во техникотехнической литературы, 1977г. – 480с.

Mikhnovets Yu.P., Antonov A.S.

THE HYDRAATMOSPHERIC LIFTER

State Educational Establishment “Fanipol Gymnasia”

Summary

The aim of the research is: to offer a model of a mechanism acting on the basis of atmospheric pressure.

The tasks of the research are: 1) To explore the conditions under which cycling of the work of this mechanism is provided; 2) To assess the efficiency of the lifting mechanism.

In the result of the conducted research we can draw the following conclusions:

1.The weight of the cargo, which the hydraatmospheric lifter can raise, can be determined

from the relation mr = ρh'S – mn (10), where ρh'S - is the weight of water in the volume of the part of the plunger which is situated in the cylinder, mn - is the weight of the plunger.

2.The extreme lower position of the plunger, below which the plunger "falls down", can be determined from the relation h' = (mr + mn)/(ρS) (11)

3.Provided that the change of water level in the storage tank and the water flow when the plunger moves down are negligible, efficiency of the lifter can be determined by the formula

η= Ап/Аз= h1/Н1 (12), in the general case, efficiency can be determined by the formula

η= Ап/Аз= 2mгgh1/mвg(Н1+Н2) (13).

894

УДК 581.1

Петрушко М.И., Тихонович А.Ю.

«ПРОДЛИСЬ ОЧАРОВАНИЕ», КАК УВЕЛИЧИТЬ ЖИЗНЬ ЦВЕТОВ В СРЕЗКЕ

ГУО «Средняя школа № 6 г. Жодино»

Одними из самых совершенных созданий в природе являются цветы. Они потрясают нас разнообразной палитрой красок, неповторимым ароматом, множеством прекрасных форм. Цветы делают человека более счастливыми, они позитивно воздействуют на его эмоциональное состояние. Именно поэтому хочется любоваться цветами не только в природе, но и дома. Цветы создают атмосферу доброжелательности и делают жилое пространство более радушным. Поставить в доме букет цветов один из самых простых способов улучшить настроение, вызвать положительные эмоции, усилить чувство удовлетворения жизнью.

К сожалению, срезанные цветы не долговечны. Цветы в букете лишаются источника питания и воды, они испытывают стресс, который является одной из причин их увядания.

Многие люди хотят, чтобы срезанные цветы сохраняли свою свежесть как можно дольше, но не все знают правила по уходу за срезанными цветами. Опрос, проведенный среди учеников 6 и 7 классов нашей школы, показал, что традиция украшать дом цветами очень популярна, однако 65% опрошенных учеников затруднились ответить, как надо правильно ухаживать за растениями в букете.

Существует большое количество методов сохранения срезанных цветов в вазе, начиная от способов срезки растений до применения различного рода веществ, добавляемых в воду. В срезанных цветах происходит процесс распада органических соединений, поэтому для продления жизни растений необходимо создать условия, во-первых, замедляющие обменные реакции, во-вторых, поддерживающие жизнедеятельность срезанных цветов на оптимальном уровне, в-третьих, препятствующие развитию гнилостной микрофлоры.

Опираясь на теоретические обоснования, были проведены опыты по сохранению различных цветов в букетах. Рассматривались самые популярные осенние цветы астра многолетняя, астра однолетняя, хризантема, георгина и очиток пурпурный.

Первый эксперимент основывался на способе срезки растений. Часть растений срезалась ножом, часть – ломалась, срез у георгин дополнительно обжигался. Было сделано предположение о том, что одной из причин увядания растения является интенсивность испарения со среза, т.е. резкая убыль влаги в тканях растения увеличивает обменные процессы. Это значит чем меньше площадь испарения в срезе, тем дольше цветок имеет привлекательный вид. Результаты исследования показали, что многолетние астры и хризантемы, т.е. растения с одревесневшими стеблями лучше стоят в букете, если их ломать.

895

УДК 502.51(285.3):504.7:502.175(476.1)

Порватова В.В.1, Левый С.В. 1,2, Тиле А.2, Журавель А.В. 1

ОЦЕНКА ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ НА ОСУШЕННЫХ И ВТОРИЧНО ЗАБОЛОЧЕННЫХ ТОРФЯНИКАХ В ПОЙМЕ Р. ГАЙНА

1ГУО «Борисовский экологический центр детей и юношества» 2Грамадская арганізацыя “Ахова птушак Бацькаўшчыны”, Минск

Впоследние годы все чаще и острее поднимается проблема изменения климата в следствие увеличения в атмосфере Земли доли парниковых газов,

таких как: двуокись углерода (СО2), метан (CH4) и закись азота (N2O).

К источникам выбросов парниковых газов относятся и осушенные болота. Уже сейчас осушенные болота во всем мире отвечают за 8-10 % выброса СО2, имеющего антропогенный характер [3].

ВБеларуси осушены более половины (1 505 000 га) общей территории торфяников (2 939 000 га), что составляет примерно 15% от общей площади

Беларуси [4]. Общая ежегодная эмиссия СО2 в атмосферу с осушенных торфяных болот составляет более 14662,8 тыс. т [1].

Таким образом, проблемы изменения климата, путей и способов сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу являются на сегодняшний день одними из самых актуальных для человечества.

Цель исследования – определить с помощью общедоступных и не дорогостоящих методов эмиссию парниковых газов на осушенном и вторично заболоченном торфянике в пойме р. Гайна, а также показать на конкретном примере эффективность вторичного заболачивания по снижению выбросов парниковых газов.

Для достижения цели мы поставили следующие задачи:

Определить существующие различные типы растительных сообществ на исследуемой территории, выделить доминирующие и описать их согласно существующим методикам.

Измерить уровень грунтовых вод на пробных площадках, размещенных на преобладающих типах растительных сообществ.

Рассчитать баланс парниковых газов на изучаемой территории согласно существующим методикам.

Место и время проведения исследований. Исследование проводилось на осушенных и вторично заболоченных торфяниках в пойме р. Гайна в Борисовском районе Минской области. Их площадь составляет около 700 га, только 73 га из них вторично заболочены. Для выращивания сельскохозяйственных культур используется менее 40 % площадей. Работа проводилась с апреля по ноябрь 2010 г.

Методика проведения исследований. Согласно литературным данным баланс парниковых газов определяется, прежде всего, средним уровнем грунтовых вод [2]. Определив его, можно сказать о количестве выделяемых парниковых газов.

Для измерения максимального и минимального уровней грунтовых вод были установлены приборы на площадках для описания растительности.

898

Приборы изготовлены и установлены согласно принятой методике [5]. Показания приборов снимались раз в месяц с мая по ноябрь. Так как уровень УГВ в течение месяца изменялся, то нами фиксировался максимальный, минимальный и текущий уровни.

На каждом доминирующем сообществе были заложены пробные площадки размерами 15х15 м. Каждая площадка разбивалась на 9 частей (5х5 м). Методом случайных чисел выбиралось 3 из 9 частей.

Видовой состав растений, площади и индексы проективного покрытия видов растений определялся на площади всей площадки (5х5 м) и малой площадке размерами (0,8х0,8 м), которая располагается в одном из углов большой площадки. Брались пробы торфа для определения pH и толщины слоя.

Результаты и обсуждение. На изучаемой территории нами выделено четыре доминирующих растительных сообщества (условно обозначенные Г1, Г2, Г3, Г4).

1.сообщество-Г1 – культивируемый торфяник с доминированием птармики хрящеватой (Achillea cartilaginea), дербенника иволистного (Lythrum salicaria) + индикаторный вид полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris). Общее число видов растений – 45.

2.сообщество-Г2 – осоково-злаковые влажные луга с доминированием осоки пузырчатой (Carex vesicaria), осока береговой (Carex riparia), полевицы побегообразующей (Agrostis stolonifera). Общее число видов растений – 44.

3.сообщество-Г3 – культивируемый торфяник с доминированием лапчатки гусиной (Potentilla anserina), дербенника иволистного (Lythrum salicaria) + индикаторный вид полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris). Общее число видов растений – 35.

4.сообщество-Г4 (вторично заболоченный участок) – затопленные заросли тростника обыкновенног (Phragmites australis) с индикаторным видом пузырчатка промежуточная (Utricularia intermedia). Общее число видов растений – 29.

По результатам полевых работ и с помощью спутникового снимка и программы «ArcGis 9.2» для каждого растительного сообщества определена площадь, которую оно занимает (см. табл. №1).

По данным наших измерений участки где произрастают растительные сообщества Г1-4 различаются и по колебаниям УГВ. Так на площадке растительного сообщества Г1 УГВ колебался в пределах от -0,8 см до -46,1 см и никогда не превышал уровня почвы.

УГВ на площадке сообщества Г2 всегда превышал в соответствующие периоды УГВ на Г1. В летние месяцы максимальные УГВ были выше уровня почвы – от 0,6 см до 5,1 см. Минимальный УГВ отмечен в ноябре.

УГВ на площадке растительного сообщества Г3 самый минимальный среди всех площадок. Максимальное значение УГВ было отмечено в июне -6,2 см; минимальное значение – в ноябре -86 см. Уровень грунтовых вод на Г3 никогда не превышал уровень почвы.

899

На площадке растительного сообщества Г4 УГВ был наибольшим и всегда превышал уровень почвы, за исключением ноября. Наибольший УГВ отмечен в июле и августе – более 20 см.

Согласно таблице классов уровня воды и типов участков растительности с определенной эмиссией парниковых газов [6] потенциал глобального

потепления (ПГП) сообщества Г1 составляет – 24 CO2 eq. ha-1a-1 (эквивалентов

CO2 на 1 га за 1 год); Г2 – 11 CO2 eq. ha-1a-1; Г3 – 15 CO2 eq. ha-1a-1; Г4 – 8,5 CO2 eq. ha-1a-1. (таб. №2). ПГП – сумма эмиссий CO2 и CH4 в эквивалентах CO2.

Суммарная площадь сообществ Г1, Г2 и Г3 составляет 329,1 га и, таким образом, здесь выделяется 5 925,5 t eq. CO2 в год (см. табл. №1).

Таблица №1: Эмиссия парниковых газов на выделенных типах растительных сообществ

Примечание:CO2 eq. ha-1a-1: эквивалентов CO2 на один гектар за год. Один эквивалент CO2 равен одной тонне CO2

В случае если рассматриваемые торфяники подвергнуть вторичному заболачиванию, эмиссия парниковых газов, возможно, снизится [6] до 8,5 CO2 eq. ha-1a-1, как на уже затопленной части изучаемой нами территории. Это приведет к уменьшению выбросов парниковых газов более чем на 3130 t eq. CO2 в год, что составляет 53% от выделяемых сейчас объемов.

Выводы и практическая значимость работы. В ходе исследований мы установили, что торфяники в пойме р. Гайна являются источниками значительных выделения парниковых газов – 5925,5 тонн эквивалентов CO2 в год. Наибольшие объемы парниковых газов выделяются на участках с наименьшим уровнем грунтовых вод, представляющих собой культивируемые торфяники – 15-24 CO2 eq. ha-1a-1. Наименьшее значение эмиссии парниковых газов на вторично заболоченном участке – 8,5 CO2 eq. ha-1a-1.

Вторичное заболачивание рассматриваемой территории, вероятно, приведет к значительному снижению эмиссий парниковых газов – минимум на 53%, и, кроме того, снизит вероятность возникновения пожаров.

Описание растительных сообществ мы предоставили для использования в «Модели для оценки эмиссий парниковых газов на торфяниках», разрабатываемой в рамках проекта «Восстановление торфяников Беларуси и применение концепции их устойчивого управления – снижение воздействия на климат с эффектом для экономики и биоразнообразия».

Литературные источники

1.Бамбалов Н.Н., Ракович В.А. Количественная оценка вклада естественных и

900