Плавучесть

Сила, обуславливающая нахождение объектов на поверхности воды, носит название плавучести. Плаву­честь может быть описана как направленная вверх сила, действующая на любой тонущий или находящийся на поверхности жидкости объект.

Греческий математик Архимед пер­вым объяснил данное явление, вслед­ствие чего закон носит его имя.

Закон Архимеда: Подъемная сила, действующая на объект, частично или полностью погруженный в жидкость, равна весу вытесняемой им жидкости. Закон Архимеда одинаково верен в отношении всех объектов в любой жидкости (в случае с дайвингом рас­сматриваемая жидкость является, как правило, водой). Однако для отдельно взятого объекта с определенным объ­емом и весом различная плавучесть определяется различными плотностя­ми жидкостей, в которую помещается объект. Чем плотнее жидкость, тем большая подъемная сила действует на объект с целью его «вытеснения».

Данное варьирование включает в себя и кажущееся незначительным различие в плотности соленой и пресной воды, что объясняет, почему дайверу требуется больше груза при погружении в соленую воду. Один литр чистой пресной воды весит 1 кг.

С другой стороны, из-за наличия рас­творенных солей, морская вода весит приблизительно 1,03 кг на литр. Этот дополнительный вес и плотность морской воды делают ее способной обеспечивать большую плавучесть, чем пресная вода.

Способность твердых и жидких тел находиться на поверхности воды или опускаться на дно измеряется как удельная сила тяжести. При этом удельная сила тяжести устанавливает соотношение между плотностями, сравнивая плотность данного вещест­ва с чистой водой. Вследствие того, что чистая вода берется за эталон, ее соотношение к ней же самой равно 1:1. Следовательно, удельная сила тя­жести чистой воды составляет 1,0. Вещества с тяжестью менее 1,0, по определению, обладают меньшей плотностью, чем чистая вода, и, сле­довательно, будут плавать на поверх­ности воды. Вещества со значением больше 1,0 являются более плотными и в чистой воде будут опускаться на дно (газы измеряются на основе плотности воздуха при стандартной температуре и давлении — называемым БТР — и равным 1,0 атмосфе­ре).

В человеческом организме харак­теристики плавучести зависят от со­отношения различных тканей орга­низма, поскольку каждая ткань имеет различную удельною силу тяжести. Например, удельная сила тяжести жировой ткани — между 0,7 и 0,9; костной — приблизительно 1,9; мы­шечной — 1,08. В зависимости от та­ких факторов, как, например, соотно­шение жировой и мышечной тканей, величина удельной силы тяжести че­ловеческого тела равна 1,0. Однако она может колебаться в обе стороны. Если показатель выше, человек будет тонуть, если ниже — то он будет дер­жаться на поверхности в пресной во­де. Снаряжение для дайвинга — в особенности, мокрые или сухие гид­рокостюмы — вытесняет значительно больший объем воды без соответству­ющего увеличения веса. Результатом этого является значительное увеличе­ние плавучести, что обуславливает необходимость применения систем грузов для погружения дайверов.

Термины «положите­льная», «нейтральная» и «отрицательная» значи­тельно упрощают описа­ние различных состояний плавучести. Объекты, на­ходящиеся на поверхнос­ти, называются «положи­тельно плавучими»; нахо­дящиеся на дне — «отри­цательно плавучими»; а погруженный в воду объ­ект, не находящийся ни на дне, ни на поверхнос­ти, имеет нейтральную плавучесть».

Именно третьего состояния стремят­ся достичь дайверы, поскольку это позволяет им минимизировать затра­ты энергии, направленной на преодо­ление силы которая тянет на дно ли­бо на поверхность.

Идея плавучести способствует ре­шению практических проблем, воз­никающих в процессе погружения. Предположим, дайверу требуется поднять со дна океана большой и до­рогой подвесной мотор. Если, нахо­дясь вне воды, мотор весит 100 кг, то дополнительная подъемная сила ка­кой величины (т.е. подъемная сила в дополнение к уже действующей по причине того, что объект находится в воде) должна быть приложена к мо­тору для его поднятия со дна?

Первоначально дайверу требуется вычислить уже имеющуюся плаву­честь, равную весу объема воды, вы­тесненной мотором. Предположим, что мотор вытесняет 20 литров. 20 литров морской воды весят 20,6 кг. Таким образом, подъемная сила, дей­ствующая на мотор, также равна 20,6 кг.

При этом имеется две противо­действующих силы: 100 кг силы, на­правленной вниз (сила тяжести — вес сухого мотора) против 20,6 кг силы, направленной вверх (подъемной силы) или плавучести. Для того, что­бы мотор приобрел нейтральную плавучесть, необходимо компенсиро­вать его отрицательную плавучесть: 100 кг – 20,6 кг = 79,4 кг — такое ко­личество дополнительной плавучести потребуется.

Если не принимать во внимание вес подъемного механизма (люльки- подъемника или барабана), то, чтобы определить, сколько воды потребует­ся вытеснить и компенсировать отри­цательную плавучесть, необходимо разделить отрицательную плавучесть на вес морской воды: 79,4 кг : 1,03 кг на литр = 77,1 литра. На практике дайвер будет вытеснять воду, добав­ляя этот объем воздуха в подъемное приспособление.