Nurkowanie.com.pl

Prawo Archimedesa i trzy stany pływalności

Fizyka nurkowania · Temat 6 z 15

Prawo Archimedesa i trzy stany pływalności

Spis tematów
  1. 1Materia: atom, cząsteczka i mieszanina
  2. 2Masa, ciężar, gęstość i jednostki
  3. 3Dlaczego woda zachowuje się inaczej niż powietrze
  4. 4Ciśnienie hydrostatyczne, absolutne i względne
  5. 5Prawo Boyle’a: ciśnienie i objętość
  6. 6Prawo Archimedesa i trzy stany pływalności
  7. 7Temperatura i ogólne prawo gazowe
  8. 8Zapas gazu, RMV i wpływ głębokości
  9. 9Prawo Daltona i ciśnienie parcjalne
  10. 10Prawo Henry’ego i wymiana gazów
  11. 11Tlen, azot, hel i zanieczyszczenia
  12. 12Przewodzenie, konwekcja i utrata ciepła
  13. 13Światło, barwy i pozorna wielkość
  14. 14Dźwięk pod wodą
  15. 15Nurkowanie na wysokości
  16. ✓Sprawdź się

Siła wyporu odpowiada ciężarowi wypartej cieczy: Fw = ρwody · g · Vwypartej wody. Jeśli przewyższa ciężar całego zestawu, pływalność jest dodatnia; jeśli jest mniejsza — ujemna. Przy równowadze mówimy o pływalności neutralnej.

Przykład: układ wypierający 100 l wody wypiera około 100 kg wody słodkiej albo 102,5 kg wody o gęstości 1,025 kg/l. Różnica siły wyporu odpowiada ciężarowi około 2,5 kg. Nie jest to uniwersalna poprawka balastowa: objętość konkretnego nurka i sprzętu może być inna.

Gęstość wody słodkiej i słonej
Gęstość wody słodkiej i słonej
Źródło: Encyklopedia nurkowania rekreacyjnego, RIV_fizyka.pdf, s. 25. Schemat poglądowy.

W czasie nurkowania zmieniają się objętości gazu w kompensatorze, skafandrze i neoprenie. Z butli ubywa także masa zużywanego gazu. Neutralność na początku nie gwarantuje identycznego stanu pod koniec. Trym jest powiązany z położeniem środka ciężkości i środka wyporu, a nie tylko z równowagą wartości obu sił.

Trzy stany pływalności
Trzy stany pływalności
Źródło: Encyklopedia nurkowania rekreacyjnego, RIV_fizyka.pdf, s. 27. Schemat poglądowy.

Bilans sił i objętości

Siłę wyporu zapisuje się jako F = ρ × g × V, gdzie ρ oznacza gęstość wody, g przyspieszenie grawitacyjne, a V objętość wypartej wody. Obiekt całkowicie zanurzony wypiera wodę odpowiadającą swojej zewnętrznej objętości. Dla pustych, otwartych przestrzeni trzeba jednak ustalić, czy zajmuje je gaz, czy swobodnie wpływająca woda. Sama wielkość obrysu konstrukcji nie zawsze jest objętością wypieraną.

Pływalność neutralna występuje, gdy wypór równoważy ciężar. Nie wymaga bezruchu i nie oznacza automatycznie poprawnego trymu. Nurek może być neutralny, a jednocześnie obracać się do pozycji z nogami w dół, jeżeli rozmieszczenie masy i wyporności tworzy moment obracający.

Przykład zmiany środowiska

Zestaw wypierający 80 litrów otrzymuje w wodzie o gęstości 1 kg/l wypór równy ciężarowi około 80 kg. Przy gęstości 1,025 kg/l jest to około 82 kg. Różnica odpowiada ciężarowi 2 kg. To ilustracja wpływu zasolenia przy założeniu niezmiennej objętości; rzeczywisty dobór balastu wymaga sprawdzenia całej konfiguracji.

Głębokość zmienia pływalność głównie przez zmianę objętości elementów ściśliwych, takich jak neopren i gaz w BCD. Ciężarek ołowiany nie traci znacząco objętości podczas typowego nurkowania, ale pianka już tak. Połączenie prawa Archimedesa z prawem Boyle’a wyjaśnia więc, dlaczego wyważenie i obsługa kompensatora muszą być rozpatrywane razem.

Źródła rozdziału