Состояния материи. Сила притяжения. Энергия.

Состояния материи. Элементы и соединения могут находиться в одном из следующих трех агрегатных состояний: 1) твердом, 2) жидком или 3) газообразном. Вода, например, может быть в виде жидкости, льда или водяного пара. Состояние вещества зависит от того, насколько близко расположены и насколько устойчивы образующие его молекулы.

Применительно к дайвингу: Состояние вещества определяет его поведение под воздействием давления. Например, газы под давлением сжимаются с определенным коэффициентом, тогда как жидкости и твердые вещества несжимаемы (в пределах, характерных для дайвинга).

На Земле в большинстве случаев наиболее важным фактором, оказывающим влияние на состояние вещества, является температура. Это происходит из-за того, что тепло - это движение (вибрация) молекул. Температура является показателем того, насколько быстро перемещаются молекулы. Чем быстрее движутся молекулы, тем теплее вещество. Когда активность молекул снижается, вещество остывает.

Вещества, молекулы которых образуют ровную, жестко закрепленную структуру, находятся в твердом состоянии. По мере нагревания молекулы начинают отходить с закрепленных позиций и перемещаться относительно друг друга, но пока еще находятся на близком расстоянии. Так создается жидкое состояние. В конце концов, если температура продолжает расти, молекулы начинают покидать поверхность жидкости, образуя газ. На примере льда, воды и пара, становится ясно, что твердое состояние (лед) представляет собой самое холодное состояние, тогда как газообразное состояние (пар) -самое теплое.

Давление также является фактором, влияющим на состояние материи. Но его влияние на вещества, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, не так заметно. Чем выше давление, тем сильнее вещество сопротивляется переходу из жидкого состояния в газообразное, и тем выше должна быть температура, чтобы жидкость превратилась в газ. Наглядным примером является топливо пропан, которое при комнатной температуре в баллоне под давлением представляет из себя жидкость, но из-за резкого снижения давления легко превращается в газ, когда выходит из открытого баллона наружу. Другим примером является кипящая вода в условиях высокогорья. Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже точка кипения воды. Вы знаете, что на уровне моря вода закипает при температуре 100°С. А на высоте 7 600 метров над уровнем моря она закипит уже при 76°С.

Сила притяжения, масса и вес. Сила притяжения - это свойство всех веществ. Все вещества притягиваются друг к другу. Сила притяжения пропорциональна количеству вещества и расстоянию. Обычно в реальной жизни мы принимаем в расчет только силу притяжения Земли. На самом деле сила притяжения вашего тела также воздействует на Землю, как и сила притяжения Земли на вас. Однако сила притяжения нашего тела настолько мала, по сравнению с силой притяжения Земли, что ее почти невозможно измерить.

Применительно к дайвингу: Давление, которое мы испытываем на судне и во время погружения, является результатом силы притяжения, действующей на воздух и воду. Атмосферное давление - это вес воздуха над нами. Чем глубже вы погружаетесь, тем больше воды над вами попадает под действие силы притяжения, увеличивая, таким образом, давление.

Сила притяжения также влияет на условия погружении. Сила притяжения Луны приподнимает уровень земного океана, вызывая приливы.

Как раз при изучении Луны двоякая природа силы притяжения становится более наглядной. Сила притяжения Земли заставляет Луну вращаться по своей орбите. В то же время сила притяжения Луны достаточно сильна для того, чтобы притягивать океаны и вызывать тем самым приливы.

Масса является мерой вещества. И если бы вы были физиком, то вы бы сказали, что она определяется инерцией вещества. Обычно, под массой мы подразумеваем вес, который является показателем силы притяжения, действующей на массу. Чтобы понять различие, представим, что у нас есть объект, который весит 60 кг на Земле, и который мы переносим на Луну. На Луне этот объект будет весить 10 кг. Масса объекта не изменилась, но его вес поменялся, из-за того, что сила притяжения Луны слабее.

Так как мы пока еще не можем нырять на других планетах, мы будем принимать в расчет только силу притяжения Земли. Поэтому в применении к дайвингу мы будем считать термины «масса» и «вес» взаимозаменяемыми, несмотря на то, что, строго говоря, это разные понятия.

Энергия.Энергия - это способность производить работу. Хорошее определение, но тогда что же такое «работа»?

Работа - это произведение силы на расстояние.

Сила измеряется в эргах и джоулях. Один эрг — это количество работы необходимое для того, чтобы переместить один грамм на один см, преодолев силу гравитации - или попросту поднять. Один джоуль равен 107 эргам.

Типы энергии. Энергию, так же как и материю, нельзя ни создать, ни уничтожить, хотя она может преобразовываться в материю при ядерной реакции. В дайвинге мы сталкиваемся с одним из 5 видов энергии: 1) тепловой, 2) световой, 3) электрической, 4) химической и 5) механической.

1. Тепловая энергия - это движение молекул и атомов, составляющих вещество. Чем интенсивнее движение, тем больше тепловая энергия, и наоборот. Вся энергия в коечном итоге обращается в тепловую, а процессы преобразования одного вида энергии в другой (например, электрической в световую при вспышке молнии) всегда сопровождаются выделением некоторого количества тепла.

2. Свет - это энергия в форме электромагнитного излучения. Наилучшим примером является световая энергия Солнца. Примером преобразования энергии могут служить процессы фотосинтеза, в ходе которых растения преобразуют световую энергию в химическую.

3. Электрическая энергия является результатом взаимодействия отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов. Хорошим примером является батарейка, которая содержит потенциальную электрическую энергию - до тех пор, пока та не будет использована в каком-либо устройстве (например, в электрическом фонарике).

4. Химическая энергия сохраняется внутри молекулярной структуры вещества. Распространенным примером является бензин. Достигая критической температуры, бензин вступает с кислородом в химическую реакцию, в результате которой выделяется тепловая энергия.

5. Механическая энергия - это результат движения или возможности движения, что определяется положением или состоянием объекта. Если объект удерживается в определенном положении так, что, будучи освобожденным, он сможет выполнить какую- либо работу, то говорят, что он обладает потенциальной энергией. Находясь в движении, объект обладает кинетической энергией. Примером обоих типов механической энергии может служить пружина. Когда пружина неподвижна, но находится в состоянии напряжения, она обладает потенциальной энергией. В движении (растягиваясь или сжимаясь) пружина обладает кинетической энергией, т.е. высвобожденной энергией движения.