Flotabilitatea în apă sărată vs apă dulce pentru scufundări

2024 Autor: Cyrus Reynolds | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-09 02:30

Un obiect este mai plutitor în apă sărată decât în apă dulce, dar de ce? Flotabilitatea unui obiect este determinată de două forțe:

Forța descendentă: egal cu greutatea obiectului
Forța ascendentă: egală cu greutatea apei pe care o deplasează obiectul (acesta este cunoscut sub numele de Principiul lui Arhimede)

Forțele în sus și în jos lucrează în opoziție una cu ceal altă. Ca urmare a acestor forțe, obiectul fie va pluti, se va scufunda, fie va rămâne suspendat în apă. Flotabilitatea obiectului poate fi descrisă într-unul din trei moduri:

Plutire negativă: Greutatea obiectului este mai mare decât greutatea apei pe care o deplasează. Obiectul se va scufunda.
Pozitiv flotant: Greutatea obiectului este mai mică decât greutatea apei pe care o deplasează. Obiectul va pluti.
Neutral plutitor: Greutatea obiectului este exact egală cu greutatea apei pe care o deplasează. Obiectul va rămâne suspendat la mijlocul apei și nu va pluti și nici nu se va scufunda.

Apa sărată cântărește mai mult decât apa proaspătă

Un picior cub de apă sărată cântărește (în medie) 64,1 lbs, în timp ce un picior cub de apă dulce cântărește doar 62,4 lbs. Motivul pentrudiferența de greutate este că apa sărată are sare dizolvată în ea.

Dizolvarea sării în apă crește densitatea apei sau masa pe o unitate de volum. Când sarea este adăugată în apă, aceasta reacționează cu moleculele de apă, formând o legătură polară cu apa care rearanjează moleculele de sare și apă cu un efect neobișnuit:

Un inch cub de sare adăugat la un volum de apă nu va crește volumul de apă cu un inch cub. O explicație simplistă este că moleculele de apă se împachetează strâns în jurul moleculelor de sare, strângându-se mai aproape una de ceal altă decât atunci când sarea nu este prezentă. Când un inch cub de sare este adăugat la un volum de apă, volumul de apă crește cu mai puțin de un inch cub.

Un picior cub de apă sărată conține mai multe molecule decât un picior cub de apă dulce și, prin urmare, cântărește mai mult.

Reamintim că Principiul lui Arhimede afirmă că forța ascendentă asupra unui obiect scufundat este egală cu greutatea apei pe care o deplasează. Apa sărată cântărește mai mult decât apa dulce, așa că exercită o forță ascendentă mai mare asupra unui obiect scufundat. Un obiect care deplasează un picior cub de apă dulce va experimenta o forță ascendentă de 62,4 lbs, în timp ce același obiect în apă sărată va experimenta o forță ascendentă de 64,1 lbs.

Schimbarea între apa dulce și apa sărată

În acest moment, este posibil să facem câteva predicții generale despre flotabilitatea unui obiect (sau a unui scafandru) atunci când este mutat din apă dulce în apă sărată și invers. Luați în considerare următoarele cazuri:

Un obiect care plutește neutruapa dulce va pluti atunci când este plasată în apă sărată. În apa dulce, greutatea obiectului este exact egală cu greutatea apei pe care o deplasează, iar forțele în jos și în sus asupra obiectului sunt egale. Când obiectul este mutat în apă sărată, greutatea apei pe care o deplasează va crește, iar forța în sus va fi mai mare decât forța în jos. Obiectul va fi plutitor în apă sărată.
Un obiect care plutește neutru în apă sărată se va scufunda atunci când este plasat în apă dulce. În apa sărată, greutatea obiectului este exact egală cu greutatea apei că se deplasează, iar forțele în sus și în jos asupra obiectului sunt egale. Când obiectul este mutat în apă dulce, greutatea apei pe care o deplasează va scădea, iar forța în jos asupra obiectului va fi mai mare decât forța în sus. Obiectul va fi plutitor negativ în apă dulce.
Un obiect care plutește negativ sau pozitiv în apă sărată va deveni mai negativ atunci când este plasat în apă dulce, dar nu putem prevedea dacă se va scufunda sau pluti fără mai multe informații. Un obiect va experimenta o forță ascendentă mai slabă în apă dulce decât în apă sărată și va fi mai puțin plutitor în apă dulce. Cu toate acestea, pentru a determina dacă obiectul se va scufunda sau pluti, este necesar să se cunoască greutatea exactă a obiectului și greutatea exactă a apei pe care o deplasează.
Un obiect care plutește negativ sau pozitiv în apă dulce va deveni mai pozitiv atunci când este plasat în apă sărată - dar nu putem prezice dacăse va scufunda sau pluti fără mai multe informații. Un obiect va experimenta o forță ascendentă mai puternică în apă sărată decât în apă dulce și va fi mai plutitor în apă sărată. Cu toate acestea, pentru a determina dacă obiectul se va scufunda sau pluti, este necesar să se cunoască greutatea exactă a obiectului și greutatea exactă a apei pe care o deplasează.

Cântărirea unui scafandru

Este clar că un scafandru va fi mai pozitiv în apă sărată decât în apă dulce și va trebui să-și ajusteze greutățile în consecință. Scafandrul va trebui să transporte mai multă greutate în apă sărată decât va trebui să transporte în apă dulce. Cantitatea de greutate pe care scafandru trebuie să o suporte va depinde de o varietate de factori, inclusiv de masa corporală, protecția la expunere, tipul de rezervor pe care îl poartă și echipamentul său de scufundare.

Centura de greutate a unui scafandru reprezintă doar un mic procent din greutatea sa totală; greutatea corporală, rezervorul și echipamentul de scufundare contribuie, de asemenea, la greutatea sa și la forța în jos asupra corpului său. Scafandrii schimbă adesea costumele (sau costumele uscate) și alte echipamente atunci când schimbă locația de scufundare, iar forța ascendentă asupra scafandrului poate varia în funcție de acești factori, precum și de tipul de apă.

Este imposibil de prezis schimbarea necesară a greutății pentru un scafandru individual fără a cunoaște deplasarea apei, greutatea totală și salinitatea apei în care se va scufunda. Cel mai simplu mod pentru un scafandru de a determina ponderea corectă este să efectuează un test de flotabilitate ori de câte ori comută între apă dulce și apă sărată și ori de câte ori își schimbă o parte din echipamentul de scufundare. Cu toate acestea, datcă toți factorii rămân aceiași, cu excepția tipului de apă, un scafandru poate fi nevoit să-și dubleze greutatea aproape când trece de la apă dulce la apă sărată sau să o înjumătățească atunci când trece de la apă sărată la apă dulce.

Considerații suplimentare

Pentru a complica lucrurile, salinitatea apei sărate variază în întreaga lume. Unele corpuri de apă pot fi mai sărate decât altele. Desigur, un scafandru va fi mai pozitiv în apă mai sărată. Greutatea medie a unui picior cub de apă sărată este de 64,1 lbs, dar în Marea Moartă, un picior cub de apă cântărește aproximativ 77,3 lbs! Un scafandru ar fi mult mai plutitor în Marea Moartă.

Temperatura afectează și densitatea apei. Apa rece este mai densă decât apa caldă. Apa atinge densitatea maximă la aproximativ 39,2 ° F, iar un scafandru care se aventurează în apă foarte rece poate observa că plutește puțin mai negativ decât în apă mai caldă.

Multe locuri de scufundare necesită ca un scafandru să se deplaseze prin straturi de diferite temperaturi ale apei (termocline) sau straturi de diferite salinități (halocline). Un scafandru care se deplasează între aceste straturi va observa schimbări în flotabilitatea sa.

Obiectele (cum ar fi scafandrii) vor fi mai plutitoare în apă sărată decât în apă dulce. A prezice flotabilitatea unui scafandru necesită cunoașterea greutății sale totale, inclusiv a echipamentului, precum și a greutății apei pe care o deplasează. Este mult mai ușor să efectuați o verificare a flotabilității înainte de scufundare decât să încercați să determinați matematic cantitatea de greutate pe care ar trebui să o suporte un scafandru. În plus, scafandrii care folosesc rezervoare de aluminiu vor trebui să se cântărească pentru a compensaschimbarea flotabilității rezervorului în timpul unei scufundări; un rezervor de aluminiu va deveni mai puternic pe măsură ce este golit.