Vztlak ve slané vs sladké vodě pro potápění

2024 Autor: Cyrus Reynolds | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-07 12:25

Předmět se ve slané vodě nadnáší více než ve sladké vodě, ale proč? Vztlak objektu je určen dvěma silami:

Síla směřující dolů: rovná se hmotnosti předmětu
Vzestupná síla: rovna váze vody, kterou objekt vytlačí (toto je známé jako Archimédův princip)

Síly směřující nahoru a dolů působí ve vzájemné opozici. V důsledku těchto sil bude předmět buď plavat, potopit se nebo zůstat zavěšený ve vodě. Vztlak objektu lze popsat jedním ze tří způsobů:

Negativně vznášející se: Hmotnost předmětu je větší než hmotnost vody, kterou vytlačí. Objekt se potopí.
Pozitivně plovoucí: Hmotnost předmětu je menší než hmotnost vody, kterou vytlačí. Objekt se bude vznášet.
Neutrálně vznášející se: Hmotnost předmětu je přesně rovna váze vody, kterou vytlačí. Objekt zůstane zavěšený uprostřed vody a nebude plavat ani se potopit.

Slaná voda váží více než sladká voda

Krychlová stopa slané vody váží (v průměru) 64,1 lb, zatímco krychlová stopa sladké vody váží pouze 62,4 lb. Důvodem prorozdíl v hmotnosti je ten, že slaná voda má v sobě rozpuštěnou sůl.

Rozpouštění soli ve vodě zvyšuje hustotu vody, neboli hmotnost na jednotku objemu. Když se sůl přidá do vody, reaguje s molekulami vody a vytváří s vodou polární vazbu, která přeskupuje molekuly soli a vody s neobvyklým efektem:

Krychlový palec soli přidaný do objemu vody nezvýší objem vody o krychlový palec. Zjednodušené vysvětlení je, že molekuly vody se těsně nabalí kolem molekul soli – stlačují se blíže k sobě, než když sůl není přítomna. Když se k objemu vody přidá krychlový palec soli, objem vody se zvětší o méně než krychlový palec.

Krychlová stopa slané vody má v sobě více molekul než krychlová stopa sladké vody, a proto váží více.

Připomeňme, že Archimédův princip říká, že síla působící vzhůru na ponořený předmět se rovná váze vody, kterou vytlačí. Slaná voda váží více než sladká voda, takže na ponořený předmět působí větší silou vzhůru. Předmět, který přemístí kubickou stopu sladké vody, bude vystaven síle 62,4 lbs, zatímco stejný objekt ve slané vodě bude vystaven síle 64,1 lbs.

Změna mezi sladkou a slanou vodou

V tomto bodě je možné provést některé obecné předpovědi o vztlaku předmětu (nebo potápěče) při přesunu ze sladké do slané vody a naopak. Zvažte následující případy:

Předmět, který se neutrálně vznášísladká voda bude plavat, když ji umístíte do slané vody. Ve sladké vodě se váha předmětu přesně rovná váze vody, kterou vytlačí, a síly směřující dolů a nahoru na předmět jsou stejné. Když se objekt přesune do slané vody, hmotnost vody, kterou vytlačí, se zvýší a síla směřující nahoru bude větší než síla směřující dolů. Objekt se bude ve slané vodě pozitivně vznášet.
Předmět, který se neutrálně vznáší ve slané vodě, se po vložení do sladké vody potopí. Ve slané vodě se hmotnost předmětu přesně rovná váze vody že se přemístí a síly směřující nahoru a dolů na objekt jsou stejné. Když se objekt přesune do sladké vody, hmotnost vody, kterou vytlačí, se sníží a síla působící směrem dolů na objekt bude větší než síla směrem nahoru. Objekt se bude ve sladké vodě negativně vznášet.
Předmět, který se negativně nebo pozitivně vznáší ve slané vodě, se po umístění do sladké vody bude nadnášet negativněji – ale bez dalších informací nemůžeme předpovědět, zda se potopí nebo plave. Předmět bude ve sladké vodě působit slabší silou směrem vzhůru než ve slané vodě a ve sladké vodě se bude méně vznášet. Abychom však určili, zda se předmět potopí nebo bude plavat, je nutné znát přesnou hmotnost předmětu a přesnou hmotnost vody, kterou vytlačí.
Předmět, který se negativně nebo pozitivně vznáší ve sladké vodě, se po umístění do slané vody nadnáší pozitivněji – nemůžeme však předpovědět, zdapotopí se nebo bude plavat bez dalších informací. Předmět bude ve slané vodě vystaven silnější síle vzhůru než ve sladké vodě a ve slané vodě se bude více vznášet. Abychom však určili, zda se předmět potopí nebo bude plavat, je nutné znát přesnou hmotnost předmětu a přesnou hmotnost vody, kterou vytlačí.

Vážení potápěče

Je jasné, že potápěč se bude lépe nadnášet ve slané vodě než ve sladké vodě a bude muset odpovídajícím způsobem upravit svou váhu. Potápěč bude muset nést větší váhu ve slané vodě, než bude muset nést ve sladké vodě. Množství váhy, kterou musí potápěč nést, bude záviset na řadě faktorů, včetně jeho tělesné hmotnosti, ochrany před expozicí, typu nádrže, kterou nese, a jeho potápěčského vybavení.

Zátěžový pás potápěče tvoří pouze malé procento jeho celkové hmotnosti; jeho tělesná hmotnost, nádrž a potápěčské vybavení také přispívají k jeho váze a síle působící na jeho tělo směrem dolů. Potápěči při změně místa ponoru často mění neopreny (nebo suché obleky) a další vybavení a síla působící vzhůru na potápěče se může lišit podle těchto faktorů a také podle typu vody.

Je nemožné předpovědět nezbytnou změnu hmotnosti jednotlivého potápěče, aniž bychom znali jeho výtlak vody, celkovou hmotnost a slanost vody, do které se potápí. Nejjednodušší způsob, jak potápěč určit správnou váhu, je provést test vztlaku při každém přechodu mezi sladkou a slanou vodou a kdykoli vymění kus svého potápěčského vybavení. Nicméně danýVzhledem k tomu, že všechny faktory zůstávají stejné kromě typu vody, potápěč může muset při přechodu ze sladké do slané vody téměř zdvojnásobit svou váhu nebo ji snížit na polovinu při přechodu ze slané do sladké vody.

Další úvahy

Aby to bylo ještě složitější, slanost slané vody se po celém světě liší. Některé vodní plochy mohou být slanější než jiné. Samozřejmě, že potápěč bude pozitivněji nadnášet ve slanější vodě. Průměrná hmotnost krychlové stopy slané vody je 64,1 liber, ale v Mrtvém moři váží krychlová stopa vody asi 77,3 liber! Potápěč by byl v Mrtvém moři mnohem plnější.

Teplota také ovlivňuje hustotu vody. Studená voda je hustší než teplá. Voda dosahuje své maximální hustoty při teplotě asi 39,2 °F a potápěč, který se pustí do velmi studené vody, si může všimnout, že je o něco horší než v teplejší vodě.

Mnoho potápěčských lokalit vyžaduje, aby se potápěč pohyboval vrstvami s různou teplotou vody (termoklinie) nebo vrstvami různé salinity (haloklinie). Potápěč pohybující se mezi těmito vrstvami zaznamená změny ve svém vztlaku.

Předměty (např. potápěči) budou ve slané vodě nadnášet více než ve sladké vodě. Předpovídání vztlaku potápěče vyžaduje znát jeho celkovou hmotnost, včetně výstroje, a také hmotnost vody, kterou vytlačí. Je mnohem jednodušší provést kontrolu vztlaku před ponorem, než se pokoušet matematicky určit množství závaží, které by měl potápěč nést. Navíc potápěči, kteří používají hliníkové nádrže, se budou muset vážit, aby se vyrovnalizměna vztlaku nádrže během ponoru; hliníková nádrž se po vyprázdnění stane pozitivněji nadnášecí.