Vznášanie v slanej a sladkej vode pri potápaní

2024 Autor: Cyrus Reynolds | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-09 04:22

Predmet sa viac vznáša v slanej vode ako v sladkej, ale prečo? Vztlak objektu je určený dvoma silami:

Sila smerujúca nadol: rovná hmotnosti predmetu
Sila smerujúca nahor: rovná hmotnosti vody, ktorú objekt vytlačí (toto je známe ako Archimedov princíp)

Sila smerujúca nahor a nadol pôsobí proti sebe. V dôsledku týchto síl bude predmet buď plávať, potopiť sa alebo zostať zavesený vo vode. Vztlak objektu možno opísať jedným z troch spôsobov:

Negatívne vznášajúce sa: Hmotnosť predmetu je väčšia ako hmotnosť vody, ktorú vytlačí. Objekt sa potopí.
Pozitívne vznášajúci sa: Hmotnosť predmetu je menšia ako hmotnosť vody, ktorú vytlačí. Objekt sa bude vznášať.
Neutrálne vznášajúce sa: Hmotnosť predmetu sa presne rovná hmotnosti vody, ktorú vytlačí. Objekt zostane zavesený uprostred vody a nebude plávať ani sa potápať.

Slaná voda váži viac ako sladká voda

Kubová stopa slanej vody váži (v priemere) 64,1 libier, zatiaľ čo kubická stopa sladkej vody váži iba 62,4 libier. Dôvodom prerozdiel v hmotnosti je v tom, že slaná voda má v sebe rozpustenú soľ.

Rozpúšťanie soli vo vode zvyšuje hustotu vody alebo hmotnosť na jednotku objemu. Keď sa soľ pridá do vody, reaguje s molekulami vody a vytvára polárnu väzbu s vodou, ktorá preskupuje molekuly soli a vody s nezvyčajným efektom:

Kubový palec soli pridaný do objemu vody nezväčší objem vody o kubický palec. Zjednodušené vysvetlenie je, že molekuly vody sa tesne nabaľujú okolo molekúl soli – stláčajú sa bližšie k sebe, ako keď soľ nie je prítomná. Keď sa k objemu vody pridá kubický palec soli, objem vody sa zväčší o menej ako kubický palec.

Kubová stopa slanej vody má v sebe viac molekúl ako kubická stopa sladkej vody, a preto váži viac.

Pripomeňme, že Archimedov princíp hovorí, že sila nahor pôsobiaca na ponorený objekt sa rovná hmotnosti vody, ktorú vytlačí. Slaná voda váži viac ako sladká voda, takže na ponorený predmet pôsobí väčšou silou smerom nahor. Objekt, ktorý vytlačí kubickú stopu sladkej vody, zažije vzostupnú silu 62,4 libier, zatiaľ čo ten istý objekt v slanej vode zažije vzostupnú silu 64,1 libier.

Prechod medzi sladkou a slanou vodou

V tomto bode je možné urobiť niekoľko všeobecných predpovedí o vztlaku predmetu (alebo potápača) pri presune zo sladkej do slanej vody a naopak. Zvážte nasledujúce prípady:

Objekt, ktorý je neutrálne nadnášanýsladká voda bude plávať, keď ju umiestnite do slanej vody. V sladkej vode sa hmotnosť predmetu presne rovná hmotnosti vody, ktorú vytlačí, a sily pôsobiace na predmet nadol a nahor sú rovnaké. Keď sa predmet presunie do slanej vody, hmotnosť vody, ktorú vytlačí, sa zvýši a sila smerom nahor bude väčšia ako sila smerom nadol. Objekt sa bude nadnášať v slanej vode.
Predmet, ktorý sa neutrálne vznáša v slanej vode, sa po vložení do sladkej vody potopí. V slanej vode sa hmotnosť predmetu presne rovná hmotnosti vody že sa premiestni a sily smerujúce nahor a nadol na objekt sú rovnaké. Keď sa objekt presunie do sladkej vody, hmotnosť vody, ktorú vytlačí, sa zníži a sila pôsobiaca na objekt bude väčšia ako sila smerom nahor. Objekt sa bude negatívne vznášať v sladkej vode.
Predmet, ktorý sa negatívne alebo pozitívne vznáša v slanej vode, sa po umiestnení do sladkej vody bude nadnášať ešte viac – ale bez ďalších informácií nevieme predpovedať, či sa potopí alebo bude plávať. Na predmet bude v sladkej vode pôsobiť slabšia vzostupná sila ako v slanej vode a v sladkej vode sa bude menej vznášať. Na určenie, či sa predmet potopí alebo vznáša, je však potrebné poznať presnú hmotnosť predmetu a presnú hmotnosť vody, ktorú vytlačí.
Predmet, ktorý sa negatívne alebo pozitívne vznáša v sladkej vode, sa po umiestnení do slanej vody stane pozitívnejším – nevieme však predpovedať, či to budepotopí sa alebo bude plávať bez ďalších informácií. Na predmet bude v slanej vode pôsobiť silnejšia vzostupná sila ako v sladkej vode a v slanej vode sa bude viac nadnášať. Na určenie, či sa predmet potopí alebo vznáša, je však potrebné poznať presnú hmotnosť predmetu a presnú hmotnosť vody, ktorú vytlačí.

Váženie potápača

Je jasné, že potápač sa bude lepšie nadnášať v slanej vode ako v sladkej a bude musieť tomu prispôsobiť svoju váhu. Potápač bude musieť niesť väčšiu váhu v slanej vode, ako bude musieť niesť v sladkej vode. Hmotnosť, ktorú musí potápač niesť, bude závisieť od rôznych faktorov, vrátane jeho telesnej hmotnosti, ochrany proti vystaveniu, typu nádrže, ktorú nosí, a jeho potápačského vybavenia.

Záťažový opasok potápača tvorí len malé percento jeho celkovej hmotnosti; jeho telesná hmotnosť, nádrž a potápačský výstroj tiež prispievajú k jeho hmotnosti a sile pôsobiacej na telo. Potápači si pri zmene miesta ponoru často vymieňajú neoprénové obleky (alebo suché obleky) a inú výstroj a sila pôsobiaca smerom hore na potápača sa môže líšiť v závislosti od týchto faktorov, ako aj v závislosti od typu vody.

Je nemožné predpovedať potrebnú zmenu hmotnosti jednotlivého potápača bez toho, aby sme poznali jeho výtlak vody, celkovú hmotnosť a slanosť vody, do ktorej sa ponorí. Najjednoduchší spôsob, ako potápač určiť správnu váhu, je vykonať test vztlaku pri každom prepínaní medzi sladkou a slanou vodou a pri každej výmene časti potápačského výstroja. Avšak danýkeďže všetky faktory zostávajú rovnaké okrem typu vody, potápač môže musieť pri prechode zo sladkej do slanej vody takmer zdvojnásobiť svoju váhu alebo ju znížiť na polovicu pri prechode zo slanej na sladkú.

Ďalšie úvahy

Aby to bolo ešte komplikovanejšie, slanosť slanej vody sa na celom svete líši. Niektoré vodné plochy môžu byť slanšie ako iné. Samozrejme, že potápač bude pozitívnejšie nadnášať v slanšej vode. Priemerná hmotnosť kubickej stopy slanej vody je 64,1 libier, ale v Mŕtvom mori váži kubická stopa vody asi 77,3 libier! Potápač by bol v Mŕtvom mori podstatne viac nadnášaný.

Hustota vody ovplyvňuje aj teplota. Studená voda je hustejšia ako teplá. Voda dosahuje svoju maximálnu hustotu pri teplote asi 39,2 °F a potápač, ktorý sa pustí do veľmi studenej vody, si môže všimnúť, že je o niečo viac negatívne nadnášaný ako v teplejšej vode.

Mnoho potápačských lokalít vyžaduje, aby sa potápač pohyboval vrstvami rôznych teplôt vody (termoklíny) alebo vrstvami rôznej salinity (haloklíny). Potápač pohybujúci sa medzi týmito vrstvami si všimne zmeny vo vztlaku.

Predmety (napríklad potápači) budú v slanej vode nadnášať viac ako v sladkej vode. Predpovedanie vztlaku potápača si vyžaduje poznať jeho celkovú hmotnosť, vrátane výstroja, ako aj hmotnosť vody, ktorú vytlačí. Je oveľa jednoduchšie vykonať kontrolu vztlaku pred ponorom, ako sa pokúšať matematicky určiť množstvo závažia, ktoré by mal potápač niesť. Okrem toho potápači, ktorí používajú hliníkové nádrže, sa budú musieť vážiť, aby sa vyrovnalizmena vztlaku nádrže počas ponoru; hliníková nádrž sa pri vyprázdňovaní priaznivo vznáša.