Sós víz vs édesvíz felhajtóereje a búvárkodáshoz

2024 Szerző: Cyrus Reynolds | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-08 04:59

Egy tárgy lebegőbb a sós vízben, mint az édesvízben, de miért? Egy objektum felhajtóerejét két erő határozza meg:

• A lefelé irányuló erő: egyenlő az objektum súlyával
• A felfelé irányuló erő: egyenlő a tárgy által kiszorított víz tömegével (ezt Archimedes-elvnek nevezik)

A felfelé és lefelé irányuló erők egymással szemben működnek. Ezen erők hatására a tárgy vagy lebeg, elsüllyed, vagy felfüggesztve marad a vízben. Az objektum felhajtóereje háromféleképpen írható le:

• Negatívan úszó: A tárgy súlya nagyobb, mint az általa kiszorított víz tömege. Az objektum elsüllyed.
• Pozitívan úszó: A tárgy súlya kisebb, mint az általa kiszorított víz tömege. Az objektum lebegni fog.
• Semlegesen úszó: A tárgy súlya pontosan megegyezik az általa kiszorított víz tömegével. Az objektum a víz közepén felfüggesztve marad, és nem úszik és nem süllyed.

A sós víz többet nyom, mint a friss víz

Egy köbláb sós víz súlya (átlagosan) 64,1 font, míg egy köbláb édesvíz mindössze 62,4 fontot nyom. Az oka annakA súlykülönbség annyi, hogy a sós vízben só van feloldva.

A só vízben való feloldása növeli a víz sűrűségét vagy térfogategységenkénti tömegét. Amikor sót adunk a vízhez, az reakcióba lép a vízmolekulákkal, poláris kötést hozva létre a vízzel, ami szokatlan hatással átrendezi a sót és a vízmolekulákat:

Egy köbhüvelyknyi sót egy térfogatnyi vízhez adva nem növeli a víz térfogatát egy köbhüvelykével sem. A leegyszerűsített magyarázat az, hogy a vízmolekulák szorosan a sómolekulák köré tömörülnek, és közelebb szorulnak egymáshoz, mint amikor a só nincs jelen. Ha egy térfogatú vízhez egy köbhüvelyk sót adunk, a víz térfogata kevesebb, mint egy köbhüvelyknyivel növekszik.

Egy köbláb sós vízben több molekula van, mint egy köbláb édesvízben, ezért nagyobb a súlya.

Emlékezzünk vissza, hogy Arkhimédész alapelve kimondja, hogy a víz alá merült objektumra ható felfelé irányuló erő egyenlő az általa kiszorított víz tömegével. A sós víz súlya nagyobb, mint az édesvízé, ezért nagyobb felfelé irányuló erőt fejt ki a víz alá merült tárgyra. Egy köbláb édesvizet kiszorító tárgy 62,4 font felfelé ható erőt fog kifejteni, míg sós vízben ugyanaz a tárgy 64,1 font felfelé ható erőt fog kifejteni.

Váltás az édesvíz és a sós víz között

Ezen a ponton lehetséges néhány általános előrejelzést adni egy objektum (vagy egy búvár) úszóképességére vonatkozóan, amikor édesvízből sós vízbe helyezik át, és fordítva. Vegye figyelembe a következő eseteket:

• Olyan tárgy, amely semlegesen lebegőédesvíz lebeg, ha sós vízbe helyezik. Édesvízben a tárgy súlya pontosan megegyezik az általa kiszorított víz tömegével, és a tárgyra ható lefelé és felfelé ható erők egyenlőek. Amikor a tárgyat sós vízbe helyezik, az általa kiszorított víz súlya megnő, és a felfelé irányuló erő nagyobb lesz, mint a lefelé irányuló erő. A tárgy pozitívan úszó lesz sós vízben.
• A sós vízben semlegesen úszó tárgy elsüllyed, ha édesvízbe helyezik. Sós vízben a tárgy súlya pontosan megegyezik a víz tömegével. hogy elmozdul, és a tárgyra ható felfelé és lefelé ható erő egyenlő. Amikor a tárgyat édesvízbe helyezik, az általa kiszorított víz súlya csökken, és a tárgyra ható lefelé irányuló erő nagyobb lesz, mint a felfelé irányuló erő. Az objektum édesvízben negatívan úszó lesz.
• A sós vízben negatívan vagy pozitívan lebegő tárgy édesvízbe helyezve negatívan úszóbb lesz, de nem tudjuk megjósolni, hogy süllyed-e vagy lebeg-e további információ nélkül. Egy tárgy édesvízben gyengébb felfelé irányuló erőt fog érezni, mint sós vízben, és édesvízben kevésbé lesz felhajtóereje. Azonban annak meghatározásához, hogy a tárgy elsüllyed-e vagy lebeg, ismerni kell a tárgy pontos súlyát és az általa kiszorított víz pontos súlyát.
• Az édesvízben negatívan vagy pozitívan úszó tárgy pozitívabb úszóképességű lesz, ha sós vízbe helyezik – de nem tudjuk megjósolni, hogy vajontöbb információ nélkül elsüllyed vagy lebeg. Egy tárgy erősebb felfelé irányuló erőt fog kifejteni sós vízben, mint édesvízben, sós vízben pedig lebegőbb lesz. Azonban annak meghatározásához, hogy a tárgy elsüllyed-e vagy lebeg, ismerni kell a tárgy pontos súlyát és az általa kiszorított víz pontos súlyát.

Búvár súlyozása

Egyértelmű, hogy a búvár pozitívabban úszó sós vízben, mint édesvízben, és ennek megfelelően kell beállítania a súlyát. A búvárnak nagyobb súlyt kell cipelnie sós vízben, mint édesvízben. Az, hogy a búvárnak mekkora súlyt kell viselnie, számos tényezőtől függ, beleértve a testtömegét, a kitettség védelmét, a hordott tartály típusát és a búvárfelszerelést.

Egy búvár súlyöve a teljes súlyának csak kis százalékát teszi ki; testsúlya, tankja és búvárfelszerelése is hozzájárul a súlyához és a testét lefelé ható erőhöz. A búvárok gyakran búvárruhát (vagy szárazruhát) és egyéb felszerelést váltanak, amikor merülési helyet változtatnak, és a búvárra ható felfelé irányuló erő ezektől a tényezőktől, valamint a víz típusától függően változhat.

Lehetetlen megjósolni a szükséges súlyváltozást az egyes búvároknál anélkül, hogy ismernénk vízkiszorítását, össztömegét és annak a víznek a sótartalmát, amelybe merülni fog. A búvár legegyszerűbb módja a megfelelő súly meghatározásának végezzen lebegési tesztet, amikor édesvíz és sós víz között vált, és amikor vált egy darabot a búvárfelszereléséből. Azonban adotthogy minden tényező változatlan marad, kivéve a víz típusát, előfordulhat, hogy a búvárnak majdnem meg kell dupláznia a súlyát, amikor édesvízről sós vízre vált, vagy felére kell tennie, amikor sós vízről édesvízre vált.

További szempontok

A helyzet bonyolultabbá tétele érdekében a sós víz sótartalma az egész világon változó. Egyes víztestek sósabbak lehetnek, mint mások. Természetesen a búvár pozitívabban úszik sós vízben. Egy köbláb sós víz átlagos súlya 64,1 font, de a Holt-tengerben egy köbláb víz körülbelül 77,3 fontot nyom! Egy búvár lényegesen lebegőbb lenne a Holt-tengeren.

A hőmérséklet a víz sűrűségét is befolyásolja. A hideg víz sűrűbb, mint a meleg. A víz körülbelül 39,2 °F-nál éri el maximális sűrűségét, és egy búvár, aki nagyon hideg vízbe merészkedik, észreveheti, hogy valamivel negatívabb a lebegés, mint a melegebb vízben.

Sok merülési hely megköveteli a búvártól, hogy különböző vízhőmérsékletű rétegeken (termoklinok) vagy eltérő sótartalmú rétegeken (haloklinok) haladjon keresztül. Az e rétegek között mozgó búvár észreveszi a felhajtóerő változásait.

A tárgyak (például búvárok) úszóbbak lesznek a sós vízben, mint az édesvízben. A búvár felhajtóerejének előrejelzéséhez ismerni kell a teljes súlyát, beleértve a felszerelést, valamint az általa kiszorított víz súlyát. Sokkal könnyebb a felhajtóerő-ellenőrzést merülés előtt elvégezni, mint matematikailag meghatározni, hogy a búvárnak mekkora súlyt kell viselnie. Ezenkívül az alumínium tartályokat használó búvároknak súlyozniuk kell magukat, hogy kiegyenlítséka tartály felhajtóerejének változása merülés közben; az alumíniumtartály úszóképessége fokozódik, ahogy kiürül.