شناوری در آب نمک در مقابل آب شیرین برای غواصی

2024 نویسنده: Cyrus Reynolds | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-07 20:02

یک جسم در آب نمک شناورتر از آب شیرین است، اما چرا؟ شناوری یک جسم توسط دو نیرو تعیین می شود:

• نیروی رو به پایین: برابر با وزن جسم
• نیروی رو به بالا: برابر با وزن آبی است که جسم جابجا می کند (این به عنوان اصل ارشمیدس شناخته می شود)

نیروهای رو به بالا و پایین در تقابل با یکدیگر عمل می کنند. در نتیجه این نیروها، جسم یا شناور می شود، فرو می رود یا در آب معلق می ماند. شناوری جسم را می توان به یکی از سه روش توصیف کرد:

• منفی شناور: وزن جسم بیشتر از وزن آبی است که جابجا می کند. شی غرق خواهد شد.
• شناور مثبت: وزن جسم کمتر از وزن آبی است که جابجا می کند. جسم شناور خواهد شد.
• شناور خنثی: وزن جسم دقیقاً برابر با وزن آبی است که جابجا می کند. جسم در وسط آب معلق می ماند و نه شناور می شود و نه غرق می شود.

وزن آب نمک بیشتر از آب شیرین است

یک فوت مکعب آب نمک (به طور متوسط) 64.1 پوند وزن دارد، در حالی که یک فوت مکعب آب شیرین تنها 62.4 پوند وزن دارد. دلیل برایتفاوت وزن این است که آب نمک در آن نمک حل شده است.

حل کردن نمک در آب باعث افزایش چگالی یا جرم آب در واحد حجم می شود. وقتی نمک به آب اضافه می‌شود، با مولکول‌های آب واکنش نشان می‌دهد و یک پیوند قطبی با آب تشکیل می‌دهد که مولکول‌های نمک و آب را با اثری غیرعادی مرتب می‌کند:

یک اینچ مکعب نمک اضافه شده به حجم آب، حجم آب را یک اینچ مکعب افزایش نمی دهد. یک توضیح ساده این است که مولکول‌های آب در اطراف مولکول‌های نمک فشرده می‌شوند و نسبت به زمانی که نمک وجود ندارد، به هم نزدیک‌تر می‌شوند. وقتی یک اینچ مکعب نمک به حجم آب اضافه می شود، حجم آب کمتر از یک اینچ مکعب افزایش می یابد.

یک فوت مکعب آب نمک دارای مولکول های بیشتری نسبت به یک فوت مکعب آب شیرین است و بنابراین وزن بیشتری دارد.

به یاد بیاورید که اصل ارشمیدس بیان می کند که نیروی رو به بالا روی یک جسم غوطه ور برابر است با وزن آبی که آن را جابجا می کند. وزن آب نمک بیشتر از آب شیرین است، بنابراین نیروی بیشتری به سمت بالا بر روی یک جسم غوطه ور وارد می کند. جسمی که یک فوت مکعب آب شیرین را جابه جا می کند، نیروی رو به بالا 62.4 پوند را تجربه می کند، در حالی که همان جسم در آب نمک، نیروی رو به بالا 64.1 پوند را تجربه می کند.

تغییر بین آب شیرین و آب نمک

در این مرحله، می توان برخی پیش بینی های کلی در مورد شناوری یک شی (یا یک غواص) هنگام انتقال از آب شیرین به آب شور و بالعکس انجام داد. موارد زیر را در نظر بگیرید:

• جسمی که به طور خنثی شناور استهنگامی که آب شیرین در آب نمک قرار می گیرد، شناور می شود. وقتی جسم به سمت آب نمک حرکت می کند، وزن آبی که جابجا می کند افزایش می یابد و نیروی رو به بالا بیشتر از نیروی رو به پایین خواهد بود. جسم در آب نمک شناور مثبت خواهد بود.
• جسمی که به طور خنثی در آب نمک شناور است، وقتی در آب شیرین قرار می گیرد غرق می شود. در آب نمک، وزن جسم دقیقاً برابر با وزن آب است. که جابجا می شود و نیروهای رو به بالا و پایین روی جسم برابر است. هنگامی که جسم به آب شیرین منتقل می شود، وزن آبی که جابجا می شود کاهش می یابد و نیروی رو به پایین روی جسم بیشتر از نیروی رو به بالا خواهد بود. جسم در آب شیرین شناور منفی خواهد بود.
• جسمی که در آب نمک شناور منفی یا مثبت است، وقتی در آب شیرین قرار می گیرد، شناورتر می شود - اما ما نمی توانیم پیش بینی کنیم که آیا بدون اطلاعات بیشتر غرق می شود یا شناور می شود.یک جسم نیروی رو به بالا ضعیف تری را در آب شیرین نسبت به آب شور تجربه می کند و در آب شیرین نیروی شناور کمتری خواهد داشت. با این حال، برای تعیین اینکه آیا جسم غرق می شود یا شناور، باید وزن دقیق جسم و وزن دقیق آبی را که جابجا می کند، دانست.
• جسمی که در آب شیرین شناور منفی یا مثبت است، وقتی در آب نمک قرار می گیرد، شناورتر می شود، اما نمی توانیم پیش بینی کنیم که آیا شناور است یا خیر.بدون اطلاعات بیشتر فرو می‌رود یا شناور می‌شود. با این حال، برای تعیین اینکه آیا جسم غرق می شود یا شناور، باید وزن دقیق جسم و وزن دقیق آبی را که جابجا می کند، دانست.

وزن زدن یک غواص

واضح است که یک غواص در آب نمک شناورتر از آب شیرین خواهد بود و باید وزن خود را بر این اساس تنظیم کند. غواص باید وزن بیشتری را در آب شور نسبت به آب شیرین حمل کند. مقدار وزنی که غواص باید حمل کند به عوامل مختلفی از جمله توده بدن، محافظت در برابر قرار گرفتن در معرض، نوع مخزنی که حمل می کند و تجهیزات غواصی او بستگی دارد.

کمربند وزن یک غواص تنها درصد کمی از وزن کل او است. وزن بدن، مخزن و تجهیزات غواصی او نیز به وزن او و نیروی رو به پایین روی بدن او کمک می کند. غواصان معمولاً هنگام تعویض مکان غواصی لباس‌های مرطوب (یا لباس‌های خشک) و سایر وسایل را تعویض می‌کنند و نیروی رو به بالا روی غواص ممکن است بر اساس این عوامل و همچنین با توجه به نوع آب متفاوت باشد.

پیش بینی تغییر وزن لازم برای یک غواص بدون اطلاع از جابجایی آب، وزن کل و شوری آبی که در آن غواصی می کند غیرممکن است. ساده ترین راه برای یک غواص برای تعیین وزن مناسب این است که هر زمان که بین آب شیرین و نمک جابه‌جا می‌شود و هر زمان که قطعه‌ای از تجهیزات غواصی خود را عوض می‌کند، آزمایش شناوری را انجام دهید. با این حال، داده شده استبا توجه به اینکه همه فاکتورها به جز نوع آب یکسان می مانند، یک غواص ممکن است هنگام انتقال از آب شیرین به آب شور تقریباً وزن خود را دوبرابر کند یا هنگام تغییر از آب شور به آب شیرین آن را به نصف کاهش دهد.

ملاحظات اضافی

برای پیچیده تر کردن مسائل، میزان شوری آب نمک در سراسر جهان متفاوت است. برخی از آب ها ممکن است شورتر از بقیه باشند. البته، یک غواص در آب شورتر شناورتر خواهد بود. وزن متوسط یک فوت مکعب آب نمک 64.1 پوند است، اما در دریای مرده، یک فوت مکعب آب حدود 77.3 پوند وزن دارد! یک غواص در دریای مرده به طور قابل توجهی شناورتر است.

دما نیز بر چگالی آب تأثیر می گذارد. آب سرد چگالی تر از آب گرم است. آب در حدود 39.2 درجه فارنهایت به حداکثر چگالی خود می رسد و غواصی که در آب بسیار سرد قدم می زند ممکن است متوجه شود که شناور بودن او کمی بیشتر از آب گرم تر است.

بسیاری از مکان‌های غواصی به غواص نیاز دارند تا در لایه‌هایی با دمای آب متفاوت (ترموکلین) یا لایه‌هایی با شوری‌های مختلف (هالوکلین) حرکت کند. غواصی که بین این لایه ها حرکت می کند، متوجه تغییراتی در شناوری خود می شود.

اشیاء (مانند غواصان) در آب نمک شناورتر از آب شیرین خواهند بود. پیش بینی شناوری غواص مستلزم دانستن وزن کل او، از جمله دنده، و همچنین وزن آبی است که او جابجا می کند. انجام بررسی شناوری قبل از غواصی بسیار ساده تر از تلاش برای تعیین ریاضی مقدار وزنی است که یک غواص باید حمل کند. علاوه بر این، غواصانی که از مخازن آلومینیومی استفاده می کنند، باید وزن خود را برای جبران آن وزن کنندتغییر شناور مخزن در طول شیرجه؛ یک مخزن آلومینیومی با خالی شدن شناورتر می شود.