Phao nổi trong Nước mặn và Nước ngọt để Lặn bằng bình dưỡng khí

2024 Tác giả: Cyrus Reynolds | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-09 13:40

Một vật nổi trong nước mặn hơn là trong nước ngọt, nhưng tại sao? Lực nổi của một vật được xác định bởi hai lực:

Lực hướng xuống:bằng trọng lượng của vật
Lực hướng lên:bằng trọng lượng của nước mà vật thể dịch chuyển (đây được gọi là Nguyên lý Archimedes)

Lực đi lên và đi xuống có tác dụng đối lập nhau. Kết quả của các lực này, vật thể sẽ nổi, chìm hoặc lơ lửng trong nước. Sức nổi của vật thể có thể được mô tả theo một trong ba cách:

Độ nổi âm:Trọng lượng của vật lớn hơn trọng lượng của nước mà nó chiếm chỗ. Vật thể sẽ chìm xuống.
Tích cực Phao:Trọng lượng của vật nhỏ hơn trọng lượng của nước mà nó dịch chuyển. Đối tượng sẽ nổi.
Độ nổi trung hòa:Trọng lượng của vật thể chính xác bằng trọng lượng của nước mà nó chiếm chỗ. Vật thể sẽ lơ lửng giữa mặt nước và không nổi cũng không chìm.

Nước muối nặng hơn nước ngọt

Một foot khối nước muối nặng (trung bình) 64,1 lbs, trong khi một foot khối nước ngọt chỉ nặng 62,4 lbs. Lý do chokhác biệt về trọng lượng là nước muối có muối hòa tan trong đó.

Hòa tan muối vào nước làm tăng khối lượng riêng của nước, hoặc khối lượng trên một đơn vị thể tích. Khi muối được thêm vào nước, nó sẽ phản ứng với các phân tử nước, tạo thành một liên kết phân cực với nước để sắp xếp lại các phân tử muối và nước với một hiệu ứng bất thường:

Một inch khối muối thêm vào một thể tích nước sẽ không làm thể tích nước tăng thêm một inch khối. Một cách giải thích đơn giản là các phân tử nước tự gói chặt lấy các phân tử muối ép lại gần nhau hơn so với khi chúng không có mặt muối. Khi thêm một inch khối muối vào một thể tích nước, thể tích của nước sẽ tăng ít hơn một inch khối.

Một foot khối nước muối có nhiều phân tử trong đó hơn một foot khối nước ngọt và do đó, nặng hơn.

Nhớ lại rằng Nguyên lý Archimedes nói rằng lực hướng lên của một vật chìm bằng trọng lượng của nước mà vật đó dịch chuyển. Nước muối nặng hơn nước ngọt nên tác dụng lực lên một vật ngập nước lớn hơn. Một vật thể dịch chuyển một khối nước ngọt sẽ chịu một lực hướng lên là 62,4 lbs, trong khi cùng một vật thể trong nước muối sẽ chịu một lực hướng lên là 64,1 lbs.

Thay đổi giữa nước ngọt và nước mặn

Tại thời điểm này, có thể đưa ra một số dự đoán chung về sức nổi của một vật thể (hoặc thợ lặn) khi chuyển từ nước ngọt sang nước mặn và ngược lại. Hãy xem xét các trường hợp sau:

Một vật thể trung tính nổi ởnước ngọt sẽ nổi khi đặt trong nước muốiTrong nước ngọt, trọng lượng của vật chính bằng trọng lượng của nước mà nó dịch chuyển, và lực hướng xuống và hướng lên của vật bằng nhau. Khi vật được chuyển sang nước muối, trọng lượng của nước mà nó dịch chuyển sẽ tăng lên và lực hướng lên sẽ lớn hơn lực hướng xuống. Vật thể sẽ nổi trong nước muối.
Một vật trung tính nổi trong nước muối sẽ chìm khi đặt trong nước ngọt. Trong nước muối, trọng lượng của vật đúng bằng trọng lượng của nước mà nó dịch chuyển, và lực hướng lên và hướng xuống của vật thể bằng nhau. Khi vật được chuyển đến vùng nước ngọt, trọng lượng của phần nước mà nó dịch chuyển sẽ giảm đi và lực hướng xuống của vật sẽ lớn hơn lực hướng lên. Vật thể sẽ nổi âm trong nước ngọt.
Một vật nổi âm hay nổi trong nước muối sẽ nổi âm hơn khi được đặt trong nước ngọt - nhưng chúng ta không thể đoán được nó sẽ chìm hay nổi nếu không có thêm thông tin. Một vật thể sẽ chịu một lực hướng lên yếu hơn trong nước ngọt so với trong nước muối và sẽ ít nổi hơn trong nước ngọt. Tuy nhiên, để xác định liệu vật thể sẽ chìm hay nổi, cần phải biết chính xác trọng lượng của vật thể và trọng lượng chính xác của nước mà nó chiếm chỗ.
Một vật nổi âm hoặc dương trong nước ngọt sẽ nổi hơn khi đặt trong nước muối - nhưng chúng ta không thể đoán được liệu nó cósẽ chìm hoặc nổi mà không có thêm thông tin. Một vật thể sẽ chịu một lực hướng lên trong nước muối mạnh hơn trong nước ngọt và sẽ nổi hơn trong nước muối. Tuy nhiên, để xác định liệu vật thể sẽ chìm hay nổi, cần phải biết chính xác trọng lượng của vật thể và trọng lượng chính xác của nước mà nó chiếm chỗ.

Cân bằng Lặn biển

Rõ ràng là một người lặn sẽ nổi trong nước mặn hơn là ở trong nước ngọt, và sẽ cần phải điều chỉnh trọng lượng của mình cho phù hợp. Người lặn sẽ cần mang trong nước mặn nhiều hơn trọng lượng của anh ta khi mang trong nước ngọt. Khối lượng mà người thợ lặn phải mang theo sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả khối lượng cơ thể, khả năng chống phơi nhiễm, loại xe tăng mà anh ta mang theo và thiết bị lặn của anh ta.

Thắt lưng cân nặng của một thợ lặn chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng trọng lượng của anh ta; trọng lượng cơ thể, xe tăng và thiết bị lặn cũng góp phần tạo nên trọng lượng và lực truyền xuống cơ thể của anh ta. Các thợ lặn thường thay đổi bộ đồ lặn (hoặc quần áo khô) và các thiết bị khác khi thay đổi địa điểm lặn và lực tác động lên của thợ lặn có thể thay đổi tùy theo các yếu tố này, cũng như tùy theo loại nước.

Không thể dự đoán sự thay đổi trọng lượng cần thiết của một thợ lặn cá nhân mà không biết lượng nước, tổng trọng lượng và độ mặn của nước mà người đó sẽ lặn. Cách dễ nhất để thợ lặn xác định trọng lượng phù hợp là thực hiện kiểm tra độ nổi bất cứ khi nào chuyển đổi giữa nước ngọt và nước mặn, và bất cứ khi nào anh ta thay một bộ thiết bị lặn của mình. Tuy nhiên, đưa rarằng tất cả các yếu tố vẫn giữ nguyên ngoại trừ loại nước, một thợ lặn có thể phải tăng gần gấp đôi trọng lượng của mình khi chuyển từ nước ngọt sang nước mặn hoặc giảm một nửa khi chuyển từ nước mặn sang nước ngọt.

Cân nhắc bổ sung

Để làm cho vấn đề phức tạp hơn, độ mặn của nước mặn khác nhau trên khắp thế giới. Một số vùng nước có thể mặn hơn những vùng nước khác. Tất nhiên, một thợ lặn sẽ nổi tích cực hơn trong nước mặn hơn. Trọng lượng trung bình của một foot khối nước muối là 64,1 lbs, nhưng ở Biển Chết, một foot khối nước nặng khoảng 77,3 lbs! Một thợ lặn sẽ nổi hơn đáng kể ở Biển Chết.

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tỷ trọng của nước. Nước lạnh đặc hơn nước ấm. Nước đạt mật độ tối đa ở khoảng 39,2 ° F, và một thợ lặn mạo hiểm trong vùng nước rất lạnh có thể nhận thấy rằng anh ta nổi âm hơn một chút so với trong nước ấm hơn.

Nhiều địa điểm lặn yêu cầu thợ lặn di chuyển qua các lớp nước có nhiệt độ khác nhau (nhiệt độ) hoặc các lớp có độ mặn khác nhau (haloclines). Một thợ lặn di chuyển giữa các lớp này sẽ nhận thấy những thay đổi về độ nổi của mình.

Vật thể (chẳng hạn như thợ lặn) sẽ nổi hơn trong nước mặn hơn là trong nước ngọt. Dự đoán sức nổi của một thợ lặn đòi hỏi phải biết tổng trọng lượng của anh ta, bao gồm cả bánh răng, cũng như trọng lượng của nước mà anh ta di chuyển. Việc kiểm tra độ nổi trước khi lặn sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc cố gắng xác định một cách toán học khối lượng mà người lặn phải mang theo. Ngoài ra, những người thợ lặn sử dụng bể nhôm sẽ cần phải tự cân nặng để bù đắpsự thay đổi lực nổi của bể trong quá trình lặn; một bể nhôm sẽ trở nên nổi tích cực hơn khi nó được làm trống.