De polare strøkene påvirkes ofte raskt av klimaendringer. Derfor er klimaforskere opptatt av å undersøke utbredelsen av is i disse områdene. For å forstå hvorfor isen smelter må vi også kjenne til hvordan vannstrømmene, temperaturen og saltinnholdet er i polhavene. En av metodene forskerne bruker for å undersøke havstrømmene er å sette ut målerigger som er forankret på bunnen av havet. Måleinstrumentene står gjerne ute i to år av gangen og må tåle store påkjenninger. Når slike rigger settes ut er det viktig at de er riktig dimensjonert slik at målingene som blir gjort gir oss et riktig bilde av havstrømmen.
Elin Darelius Chiche er en forsker som har vært ute på tokt i Amundsenhavet i Antarktis.
På toktet tar de opp målerigger, leser av data, og setter dem ut igjen.
Riggene de setter ut består av en wire med et tungt lodd i bunnen. Langs wiren festes flyteelementer for å holde riggen oppe og måleinstrumenter for å samle inn data.
Under ser du et eksempel på en slik rigg:
Når vi setter opp en slik rigg må vi selvfølgelig sørge for at den holder seg oppe, men også at riggen ikke bøyer av for mye når det er strøm i vannet.
I denne oppgaven skal vi designe en rigg og undersøke avbøyningen til en rigg som har stått ute.
Vi beregner tyngden til riggen i newton som vi finner ved formelen \( G=m \cdot g \), der \(m\) er massen (i kg) og \(g\) er tyngdeakselerasjonen 9,81 m/s\(^2\).
Vi må også beregne oppdriften til de ulike delene av riggen ved hjelp av formelen \(B=V\cdot \rho \cdot g\), der \(V\) er volumet til delen, \(\rho\) er massetettheten til vann og \(g\) er fremdeles tyngdeakselerasjonen.
Vi starter med en enkel modell som kun består av en wire, et anker, en strømningsmåler RCM-7 og Vitrovex 17″ flytebøyer. Strømmåleren plasserer vi like under flytebøyene.
- Wire: Rustfritt stål med diameter 10 mm
- Anker: Tung ting på bunnen av riggen. Tyngden til ankeret skal være 3 ganger så stor som oppdriften til resten av riggen.
- RCM-7: Måler strømningshastighet og strømretning, samt trykk og temperatur. Tilnærmet sylinderform med radius 6,5 cm og masse 20 kg.
- Vitrovex 17″: Glasskule med diameter 17 tommer. Masse 18 kg
Riggen plasseres ut på et havdyp på 750 meter. RCM-7´en skal stå på 400 meters dyp.
a) Finn den samlede tyngden til wiren og RMC-7´en.
b) Avgjør hvor mange glasskuler vi behøver for å holde riggen oppe og hvor tungt ankeret da må være.
I filen Trykk og strømmålinger finner du målinger fra en rigg som har stått ute på 750 meters dyp. Målingene viser trykket i decibar. Trykket i decibar tilsvarer dybden i meter. I tillegg vises strømningshastighet i m/s i østretning (u) og nordretning (v).
c) Hvorfor varierer dybden til strømningsmåleren?
Dersom vinkelen til strømningsmåleren overstiger 15 grader vil vi ikke få riktige verdier for strømningshastigheten. Vi kan anta at wiren mellom ankeret og strømningsmåleren er rett.
d) Hvor sterk strøm kan vi ha for at vinkelen til strømningsmåleren ikke skal overstige 15 grader?
Forfatter
Andreas Hellesøy