ציפה במי מלח לעומת מים מתוקים לצלילה

2024 מְחַבֵּר: Cyrus Reynolds | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-08 01:06

חפץ צף יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, אבל למה? כושר הציפה של חפץ נקבע על ידי שני כוחות:

• הכוח כלפי מטה: שווה למשקל האובייקט
• הכוח כלפי מעלה: שווה למשקל המים שהאובייקט מעיר (זה ידוע בתור עקרון ארכימדס)

הכוחות כלפי מעלה ומטה פועלים בניגוד זה לזה. כתוצאה מכוחות אלו, האובייקט יצוף, ישקע או יישאר תלוי במים. ניתן לתאר את כושר הציפה של האובייקט באחת משלוש דרכים:

• ציפה שלילית: משקל החפץ גדול ממשקל המים שהוא עוקר. החפץ ישקע.
• ציפה חיובית: משקל החפץ קטן ממשקל המים שהוא עוקר. החפץ יצוף.
• ציפה ניטראלית: המשקל של החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוקר. האובייקט יישאר תלוי באמצע המים ולא יצוף ולא ישקע.

מים מלוחים שוקלים יותר ממים טריים

רגל מעוקב של מים מלוחים שוקל (בממוצע) 64.1 פאונד, בעוד רגל מעוקב של מים מתוקים שוקל רק 62.4 פאונד. הסיבה ל-ההבדל במשקל הוא שבמי מלח יש מלח מומס בתוכם.

מסת מלח במים מגבירה את צפיפות המים, או המסה ליחידת נפח. כאשר מוסיפים מלח למים, הוא מגיב עם מולקולות המים, ויוצר קשר קוטבי עם המים שמסדר מחדש את מולקולות המלח והמים עם השפעה בלתי רגילה:

אינץ' מעוקב של מלח שנוסף לנפח מים לא יגדיל את נפח המים בסנטימטר מעוקב. הסבר פשטני הוא שמולקולות המים עוטות את עצמן בחוזקה סביב מולקולות המלח-סוחטות קרוב יותר זו לזו מאשר כאשר המלח אינו קיים. כאשר מוסיפים סנטימטר מעוקב של מלח לנפח מים, נפח המים גדל בפחות מאינץ' מעוקב.

מטר מעוקב של מים מלוח מכיל יותר מולקולות מאשר רגל מעוקב של מים מתוקים, ולכן הוא שוקל יותר.

נזכיר שעיקרון ארכימדס קובע שהכוח כלפי מעלה על עצם שקוע שווה למשקל המים שהוא מעיר. מי מלח שוקלים יותר ממים מתוקים, ולכן הם מפעילים כוח גדול יותר כלפי מעלה על חפץ שקוע. חפץ שעוקר רגל מעוקב של מים מתוקים יחווה כוח כלפי מעלה של 62.4 פאונד, בעוד שאותו חפץ במי מלח יחווה כוח כלפי מעלה של 64.1 פאונד.

החלפה בין מים טריים למי מלח

בשלב זה, ניתן לבצע כמה תחזיות כלליות לגבי כושר הציפה של חפץ (או של צוללן) במעבר ממים מתוקים למים מלוחים ולהיפך. שקול את המקרים הבאים:

• חפץ שצף פנימה באופן ניטרלימים מתוקים יצופו כשהם מונחים במי מלח. במים מתוקים, משקל החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוקר, והכוחות כלפי מטה ולמעלה על החפץ שווים. כאשר החפץ מועבר למים מלוחים, משקל המים שהוא עוקר יגדל והכוח כלפי מעלה יהיה גדול מהכוח כלפי מטה. האובייקט יהיה צף חיובי במי מלח.
• חפץ שצף באופן ניטרלי במים מלוחים ישקע כשהוא מונח במים מתוקים. במים מלוחים, משקל החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוזב, והכוחות כלפי מעלה ומטה על העצם שווים. כאשר החפץ מועבר למים מתוקים, משקל המים שהוא עוקר יקטן, והכוח כלפי מטה על החפץ יהיה גדול מהכוח כלפי מעלה. האובייקט יהיה בעל ציפה שלילית במים מתוקים.
• חפץ בעל ציפה שלילית או חיובית במים מלוחים יהפוך לציפה שלילית יותר כשהוא מונח במים מתוקים - אך איננו יכולים לחזות אם הוא ישקע או יצוף ללא מידע נוסף.חפץ יחווה כוח כלפי מעלה חלש יותר במים מתוקים מאשר במים מלוחים ויהיה פחות צף במים מתוקים. עם זאת, כדי לקבוע אם החפץ ישקע או יצוף, יש צורך לדעת את משקלו המדויק של החפץ ואת המשקל המדויק של המים שהוא עוקר.
• חפץ בעל ציפה שלילית או חיובית במים מתוקים יקבל ציפה חיובית יותר כאשר מניחים אותו במים מלוחים - אך איננו יכולים לחזות אם הואישקע או יצוף ללא מידע נוסף. חפץ יחווה כוח כלפי מעלה חזק יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, ויהיה צף יותר במים מלוחים. עם זאת, כדי לקבוע אם החפץ ישקע או יצוף, יש צורך לדעת את משקלו המדויק של החפץ ואת המשקל המדויק של המים שהוא עוקר.

שקלול צולל צלילה

ברור שצולל יהיה בעל ציפה חיובית יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, ויצטרך להתאים את משקלו בהתאם. הצולל יצטרך לשאת יותר משקל במים מלוחים ממה שהוא יצטרך לשאת במים מתוקים. כמות המשקל שעל הצולל לשאת תלויה במגוון גורמים, כולל מסת הגוף שלו, הגנת החשיפה שלו, סוג המיכל שהוא נושא וציוד הצלילה שלו.

חגורת המשקולות של צוללן היא רק אחוז קטן ממשקלו הכולל; משקל גופו, הטנק וציוד הצלילה שלו תורמים גם הם למשקלו ולכוח כלפי מטה על גופו. צוללנים מחליפים לעתים קרובות חליפות צלילה (או חליפות יבשות) וציוד אחר בעת החלפת מיקומי צלילה, והכוח כלפי מעלה על הצולל עשוי להשתנות בהתאם לגורמים אלו, וכן בהתאם לסוג המים.

אי אפשר לחזות את שינוי המשקל ההכרחי עבור צולל אינדיבידואלי מבלי לדעת את תזוזת המים שלו, משקלו הכולל ואת המליחות של המים בהם הוא יצלול. הדרך הקלה ביותר עבור צוללן לקבוע משקל תקין היא לבצע בדיקת ציפה בכל פעם שהוא עובר בין מים מתוקים למלוחים, ובכל פעם שהוא מחליף חלק מציוד הצלילה שלו. עם זאת, נתוןשכל הגורמים נשארים זהים פרט לסוג המים, ייתכן שצולל יצטרך כמעט להכפיל את משקלו במעבר ממים מתוקים למים מלוחים או להקטין אותו בחצי במעבר ממלח למים מתוקים.

שיקולים נוספים

כדי לסבך את העניינים, המליחות של מי מלח משתנה ברחבי העולם. מקווי מים מסוימים עשויים להיות מלוחים יותר מאחרים. כמובן, צולל יהיה בעל ציפה חיובית יותר במים מלוחים יותר. המשקל הממוצע של רגל מעוקב של מים מלוחים הוא 64.1 ק"ג, אבל בים המלח, רגל מעוקב של מים שוקל כ-77.3 ק"ג! צולל יהיה בעל ציפה משמעותית בים המלח.

הטמפרטורה משפיעה גם על צפיפות המים. מים קרים צפופים יותר ממים חמים. המים מגיעים לצפיפות המקסימלית שלהם בערך 39.2 מעלות פרנהייט, וצולל שיצא למים קרים מאוד עשוי להבחין שהוא בעל ציפה שלילית קצת יותר מאשר במים חמים יותר.

אתרי צלילה רבים דורשים מהצולל לעבור דרך שכבות של טמפרטורות מים שונות (תרמוקלינים) או שכבות של מליחות שונות (הלוקלינים). צולל שנע בין השכבות הללו יבחין בשינויים בציפה שלו.

חפצים (כגון צוללנים) יהיו צפים יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים. חיזוי כושר הציפה של צולל דורש לדעת את משקלו הכולל, כולל ציוד, וכן את משקל המים שהוא עוקר. הרבה יותר קל לבצע בדיקת ציפה לפני צלילה מאשר לנסות לקבוע מתמטית את כמות המשקל שעל צולל לשאת. בנוסף, צוללנים שמשתמשים במיכלי אלומיניום יצטרכו לשקול את עצמם כדי לקזז אתשינוי ציפה של הטנק במהלך צלילה; מיכל אלומיניום יקבל ציפה חיובית יותר ככל שהוא יתרוקן.