Плавучесть в соленой воде по сравнению с пресной водой для подводного плавания

2024 Автор: Cyrus Reynolds | [email protected]. Последнее изменение: 2024-02-09 03:37

В соленой воде плавучесть объекта выше, чем в пресной, но почему? Плавучесть объекта определяется двумя силами:

Низирующая сила: равна весу объекта
Восходящая сила: равна весу воды, которую вытесняет объект (это известно как принцип Архимеда)

Восходящие и нисходящие силы работают в оппозиции друг к другу. Под действием этих сил объект будет либо всплывать, либо тонуть, либо оставаться в воде в подвешенном состоянии. Плавучесть объекта может быть описана одним из трех способов:

Отрицательная плавучесть: Вес объекта больше веса вытесняемой им воды. Объект утонет.
Положительная плавучесть: Вес объекта меньше веса вытесняемой им воды. Объект будет плавать.
Нейтральная плавучесть: Вес объекта точно равен весу вытесненной им воды. Объект останется подвешенным в воде и не будет ни плавать, ни тонуть.

Соленая вода весит больше, чем пресная

Кубический фут соленой воды весит (в среднем) 64,1 фунта, в то время как кубический фут пресной воды весит всего 62,4 фунта. Причинаразница в весе заключается в том, что в соленой воде растворена соль.

Растворение соли в воде увеличивает плотность воды или массу на единицу объема. Когда соль добавляется в воду, она вступает в реакцию с молекулами воды, образуя полярную связь с водой, которая перестраивает молекулы соли и воды с необычным эффектом:

Кубический дюйм соли, добавленный к объему воды, не увеличит объем воды на кубический дюйм. Упрощенное объяснение заключается в том, что молекулы воды плотно облегают молекулы соли, сжимаясь ближе друг к другу, чем в отсутствие соли. Когда кубический дюйм соли добавляется к объему воды, объем воды увеличивается менее чем на кубический дюйм.

Кубический фут соленой воды содержит больше молекул, чем кубический фут пресной воды, и, следовательно, весит больше.

Вспомните, что принцип Архимеда гласит, что направленная вверх сила, действующая на погруженный в воду объект, равна весу воды, которую он вытесняет. Соленая вода весит больше, чем пресная вода, поэтому она оказывает большую восходящую силу на погруженный в воду объект. Объект, вытесняющий кубический фут пресной воды, испытывает восходящую силу в 62,4 фунта, в то время как тот же объект в соленой воде испытывает восходящую силу в 64,1 фунта.

Переключение между пресной и соленой водой

На этом этапе можно сделать некоторые общие предположения о плавучести объекта (или дайвера) при перемещении из пресной воды в соленую и наоборот. Рассмотрим следующие случаи:

Объект, обладающий нейтральной плавучестью впресная вода будет плавать, если ее поместить в соленую воду. В пресной воде вес объекта в точности равен весу вытесненной им воды, а направленные вниз и вверх силы, действующие на объект, равны. Когда объект перемещается в соленую воду, вес вытесняемой им воды увеличивается, и сила, направленная вверх, становится больше, чем сила, направленная вниз. Объект будет иметь положительную плавучесть в соленой воде.
Объект, обладающий нейтральной плавучестью в соленой воде, утонет в пресной воде. В соленой воде вес объекта точно равен весу воды что он смещается, и силы, направленные вверх и вниз, действующие на объект, равны. Когда объект перемещается в пресную воду, вес вытесняемой им воды уменьшится, и сила, действующая на объект, направленная вниз, будет больше, чем сила, направленная вверх. Объект будет иметь отрицательную плавучесть в пресной воде.
Объект, обладающий отрицательной или положительной плавучестью в соленой воде, станет еще более отрицательно плавучим при помещении в пресную воду, но без дополнительной информации мы не можем предсказать, утонет он или всплывет. Объект будет испытывать более слабую восходящую силу в пресной воде, чем в соленой, и будет иметь меньшую плавучесть в пресной воде. Однако, чтобы определить, будет ли объект тонуть или всплывать, необходимо знать точный вес объекта и точный вес вытесняемой им воды.
Объект, обладающий отрицательной или положительной плавучестью в пресной воде, станет более положительно плавучим в соленой воде, но мы не можем предсказать,будет тонуть или всплывать без дополнительной информации. Объект будет испытывать более сильную восходящую силу в соленой воде, чем в пресной воде, и будет более плавучим в соленой воде. Однако, чтобы определить, будет ли объект тонуть или всплывать, необходимо знать точный вес объекта и точный вес вытесняемой им воды.

Взвешивание аквалангиста

Ясно, что дайвер будет иметь более положительную плавучесть в соленой воде, чем в пресной, и ему нужно будет соответствующим образом отрегулировать свои грузы. Дайверу потребуется нести больший вес в соленой воде, чем в пресной. Вес, который должен нести дайвер, будет зависеть от множества факторов, включая его массу тела, его защиту от внешних воздействий, тип баллона, который он носит, и его снаряжение для дайвинга..

Грузовой пояс дайвера составляет лишь небольшой процент от его общего веса; вес его тела, баллон и водолазное снаряжение также влияют на его вес и силу, действующую вниз на его тело. Дайверы часто меняют гидрокостюмы (или сухие костюмы) и другое снаряжение при смене места погружения, и восходящая сила, действующая на дайвера, может варьироваться в зависимости от этих факторов, а также в зависимости от типа воды..

Невозможно предсказать необходимое изменение веса для отдельного дайвера, не зная его водоизмещения, общего веса и солености воды, в которой он будет погружаться. Самый простой способ для дайвера определить правильный вес – это выполнять тест на плавучесть всякий раз, когда он переключается между пресной и соленой водой, а также всякий раз, когда он меняет часть своего водолазного снаряжения. Однако, учитываячто все факторы остаются прежними, за исключением типа воды, дайверу, возможно, придется почти удвоить свой вес при переходе из пресной в соленую воду или уменьшить его вдвое при переходе из соленой в пресную воду.

Дополнительные соображения

Что еще более усложняет ситуацию, соленость соленой воды варьируется по всему миру. Некоторые водоемы могут быть более солеными, чем другие. Конечно, в более соленой воде у дайвера будет более положительная плавучесть. Средний вес кубического фута соленой воды составляет 64,1 фунта, но в Мертвом море кубический фут воды весит около 77,3 фунта! В Мертвом море у дайвера будет значительно больше плавучести.

Температура также влияет на плотность воды. Холодная вода плотнее теплой. Вода достигает максимальной плотности при температуре около 39,2° F, и дайвер, рискнувший погрузиться в очень холодную воду, может заметить, что его отрицательная плавучесть немного выше, чем в более теплой воде.

Многие дайв-сайты требуют, чтобы дайвер проходил через слои воды с разной температурой (термоклины) или слои с разной соленостью (галоклины). Дайвер, перемещающийся между этими слоями, заметит изменения в своей плавучести.

Объекты (например, водолазы) будут более плавучими в соленой воде, чем в пресной. Для прогнозирования плавучести дайвера необходимо знать его общий вес, включая снаряжение, а также вес вытесняемой им воды. Гораздо проще выполнить проверку плавучести перед погружением, чем пытаться математически определить вес, который должен нести дайвер. Кроме того, дайверы, использующие алюминиевые баллоны, должны будут взвешиваться, чтобы компенсироватьизменение плавучести баллона при погружении; алюминиевый бак станет более положительно плавучим, когда он опорожняется.