Ответьте на вопросы, страница 141 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему свободные поверхности однородной жидкости находятся на одном уровне только в том случае, если давление воздуха над ними одинаковое?

2. Почему при строительстве мощных гидроэлектростанций планируется строительство шлюзов?

3. Какие экологические проблемы создает в регионе строительство плотины и шлюза (рис. 130)?

Рис. 130. По водному пути различного уровня перевод судов осуществляется с помощью шлюзов Бухтарминсткая ГЭС

1. Почему свободные поверхности однородной жидкости находятся на одном уровне только в том случае, если давление воздуха над ними одинаковое?

Это явление объясняется законом сообщающихся сосудов и основным уравнением гидростатики. В сообщающихся сосудах, то есть сосудах, соединенных между собой ниже уровня жидкости, однородная жидкость в состоянии покоя устанавливается на одном уровне.

Рассмотрим две точки на свободной поверхности жидкости в разных сосудах. Полное давление на любой глубине $\text{h}$ под свободной поверхностью складывается из внешнего давления (давления воздуха над поверхностью) и гидростатического давления столба жидкости:

$P = P_{внешн} + \rho g h$

где $\text{P}$ — полное давление на глубине $\text{h}$, $P_{внешн}$ — внешнее давление на свободную поверхность, $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Для того чтобы жидкость находилась в равновесии, давление на любом горизонтальном уровне в ней должно быть одинаковым. Если мы возьмем некоторый уровень в нижней части сосудов, соединяющий обе части, то давление в точках этого уровня слева и справа должно быть равным. Пусть высоты столбов жидкости над этим уровнем равны $h_1$ и $h_2$, а давление воздуха над поверхностями — $P_1$ и $P_2$ соответственно. Тогда условие равновесия записывается как:

$P_1 + \rho g h_1 = P_2 + \rho g h_2$

Из этого уравнения видно, что если давление воздуха над поверхностями одинаково ($P_1 = P_2$), то для равновесия необходимо, чтобы были равны и высоты столбов жидкости ($h_1 = h_2$). Если же давление воздуха разное (например, $P_1 > P_2$), то для компенсации этой разницы уровень жидкости в первом сосуде будет ниже, чем во втором ($h_1 < h_2$). Таким образом, свободные поверхности находятся на одном уровне только при условии равенства внешних давлений на них.

Ответ: Свободные поверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одном уровне только при одинаковом внешнем давлении, так как только в этом случае гидростатические давления столбов жидкости, уравновешивающие друг друга, будут создаваться столбами одинаковой высоты.

2. Почему при строительстве мощных гидроэлектростанций планируется строительство шлюзов?

Строительство мощных гидроэлектростанций (ГЭС) всегда связано с возведением плотины, которая перегораживает реку. Это приводит к созданию водохранилища и значительному перепаду уровней воды до и после плотины (в верхнем и нижнем бьефе).

Многие крупные реки являются важными транспортными артериями, по которым осуществляется судоходство. Плотина становится непреодолимым препятствием для прохождения речных судов. Чтобы сохранить или обеспечить возможность навигации по реке, в состав гидроузла включают специальные сооружения — судоходные шлюзы.

Шлюз — это камера с герметичными воротами с обеих сторон, расположенная между верхним и нижним бьефом. Путем наполнения или опорожнения этой камеры водой, суда могут быть подняты с нижнего уровня на верхний (уровень водохранилища) или опущены с верхнего на нижний. Таким образом, шлюзы позволяют судам "преодолевать" плотину и продолжать движение по водному пути.

Ответ: Шлюзы строятся для обеспечения сквозного судоходства по реке, которую перегораживает плотина ГЭС, создавая большой перепад уровней воды.

3. Какие экологические проблемы создает в регионе строительство плотины и шлюза (рис. 130)?

Строительство плотины и шлюза, несмотря на экономическую выгоду (получение электроэнергии, улучшение судоходства), вызывает ряд серьезных экологических проблем:

1. Затопление территорий: Для создания водохранилища затапливаются огромные площади земель, включая леса, луга, сельскохозяйственные угодья, а иногда и населенные пункты. Это приводит к уничтожению наземных экосистем и потере биоразнообразия.

2. Нарушение гидрологического режима реки: Плотина кардинально меняет режим стока реки. Вместо естественных сезонных паводков и меженей устанавливается искусственный режим, диктуемый работой ГЭС. Это негативно сказывается на поймах и дельтах рек ниже по течению.

3. Проблемы для водных организмов: Плотина является физическим препятствием для миграции рыб (особенно проходных, таких как осетр, лосось), что ведет к резкому сокращению их популяций. Изменение скорости течения, температурного и кислородного режимов в водохранилище и ниже по течению также губительно для многих видов.

4. Заиление водохранилища и эрозия русла: Река несет с собой большое количество взвешенных частиц (песка, ила). Плотина задерживает эти наносы, что приводит к постепенному заилению водохранилища и потере его полезного объема. Вода же, сбрасываемая в нижний бьеф, оказывается "чистой" и обладает повышенной эрозионной способностью, размывая русло и берега ниже плотины.

5. Ухудшение качества воды: В водохранилище, особенно в глубоких слоях, вода застаивается, что может приводить к дефициту кислорода, цветению воды (бурному размножению сине-зеленых водорослей) и накоплению вредных веществ, в том числе ртути, высвобождающейся из затопленных почв.

6. Изменение микроклимата: Крупное водохранилище может влиять на местный климат, повышая влажность, увеличивая количество туманных дней и сглаживая годовые и суточные колебания температуры.

Ответ: Основные экологические проблемы включают затопление больших территорий, нарушение естественного режима реки, создание непреодолимого барьера для миграции рыб, изменение качества воды и заиление водохранилища.