Удельный вес. Применение на практике

Ученые измеряют способность твердого тела или жидкости тонуть или всплывать в воде, исходя из удельного веса вещества. Удельный вес выражается в виде отношения плотности вещества или объекта к плотности чистой воды. Чистая вода является эталоном и обладает удельным весом, равным 1,0. Все вещества с меньшей плотностью, чем у чистой воды, будут обладать удельным весом меньше 1,0 и будут всплывать в воде. В этом случае сила плавучести, направленная вверх, будет больше, чем сила тяжести, направленная вниз. Вещества с удельным весом 1,0 не будут ни тонуть, ни всплывать.

Сила тяжести и сила плавучести уравновешивают друг друга, и объект будет оставаться в толще воды (если нет течений и других сил, действующих на объект). (К слову говоря, плавучесть газов измеряется на основе плотности воздуха при стандартной температуре и давлении (сокращенно СТД), а именно: 273 К/0°С при давлении 1,0 бар/ 1,0 атмосфера.)

Вы наверняка сталкивались с терминами положительная, отрицательная и нейтральная плавучесть. Объект, который всплывает, обладает положительной плавучестью, а тот, который тонет - отрицательной. Если же объект не тонет и не всплывает - его плавучесть нейтральна. Под водой мы стремимся именно к нейтральной плавучести, так как в этом состоянии мы можем легко скользить сквозь толщу воды, затрачивая минимум усилий.

Наша плавучесть зависит от количественного соотношения между разными тканями тела. Каждая ткань обладает своим удельным весом, поэтому в целом у нас у всех разный удельный вес. Например, жировая ткань обладает удельным весом между 0,7 и 0,9, кости - приблизительно 1,9, а мышечная ткань - 1,08. В зависимости от соотношения между количеством жировой и мышечной ткани, большинство людей обладают удельным весом около 1,0, но у людей с повышенным содержанием жировой ткани удельный вес может быть меньше 1,0, и они будут всплывать. У людей с низким содержанием жировой ткани удельный вес будет больше 1,0, и в чистой воде они будут погружаться. Однако снаряжение для дайвинга, особенно мокрый или сухой гидрокостюм, вытесняет очень много воды, но не очень много весит. Поэтому, если погружаться в мокром или сухом гидрокостюме, даже человеку с очень низким содержанием жировой ткани придется использовать грузы, чтобы компенсировать положительную плавучесть костюма.

Применительно к дайвингу: Количество грузов, которое вы используете, будет меняться при переходе из пресной воды в морскую и наоборот. А некоторым дайверам всегда требуется больше грузов, чем другим. Также нужно изменять количество грузов при смене гидрокостюма. Все это объясняется разным удельным весом.

Обратите внимание, что удельный вес 1,0 - это удельный вес именно чистой воды, но вряд ли мы когда-либо будем нырять в чистой воде. Морская вода обладает удельным весом приблизительно 1,03, что означает, что в ней объект с удельным весом 1,0 будет обладать положительной, а не нейтральной плавучестью. Чтобы быть нейтрально плавучим в соленой воде, объект должен обладать удельным весом 1,03. Поэтому мы не используем в дайвинге удельный вес для определения плавучести. Даже пресная вода будет обладать разным удельным весом, поэтому единственным способом на практике определить требуемое количество грузов в новой среде или с новым снаряжением, это провести проверку подбора грузов. (Как вы, наверное, помните, подбирать количество грузов надо так, чтобы с пустым компенсатором плавучести, сделав нормальный вдох и задержав дыхание, вы могли держаться на поверхности воды на уровне глаз. После этого, если вы выполняли подбор грузов с полным баллоном, нужно добавить еще два кг, чтобы принять в расчет вес воздуха, который израсходуется во время погружения.)

Применение на практике.Понимание принципов плавучести помогает нам решать реальные задачи, возникающие в дайвинге. Предположим, что вы хотите поднять со дна большой и дорогостоящий подвесной мотор, случайно упавший в море. Если вы умеете производить вычисления, то сможете легко рассчитать, какая потребуется сила плавучести, чтобы поднять мотор на поверхность.

Из инструкции по эксплуатации вы узнали, что мотор на поверхности весит 100 кг. Вам нужно знать, какая нужна дополнительная сила плавучести (то есть, сколько плавучести нужно добавить к той плавучести, которая уже действует на затопленный мотор), чтобы компенсировать вес мотора.

Сначала нужно определить уже существующую плавучесть, которая равняется весу воды, вытесненной мотором. Предположим, что мотор вытесняет 20 литров соленой воды, которая весит 20,6 кг. Таким образом, подъемная сила, уже действующая на мотор, равняется 20,6 кг.

Осталось только сбалансировать противоположно направленные силы: 100 кг силы, направленной вниз (сила тяжести — вес мотора на поверхности) и 20,6 кг силы, направленной вверх (сила плавучести). Чтобы плавучесть мотора стала нейтральной, необходимо компенсировать оставшуюся отрицательную плавучесть: 100 кг - 20,6 кг = 79,4 кг — столько плавучести нужно добавить.

Если не принимать в расчет вес подъемного устройства (подъемного мешка или парашюта), то, чтобы определить, сколько осталось вытеснить воды для преодоления оставшейся отрицательной плавучести, необходимо разделить отрицательную плавучесть на вес соленой воды: 79,4 кг ч- 1,03 кг/л = 77,1 л воды.

На практике дайвер будет вытеснять воду, добавляя в подъемное устройство рассчитанный объем воздуха, плюс объем воздуха, необходимый для компенсации отрицательной плавучести самого подъемного устройства.

Вы могли заметить, что в этой задаче мы не учли вес воздуха, который добавили в подъемное устройство. Строго говоря, вес воздуха тоже имеет силу, направленную вниз, но эта сила настолько мала, что не стоит усилий, затраченных на се вычисление. Поэтому в дайвинге мы определяем подъемную силу какой-либо воздушной полости без учета веса воздуха.