Основы теории плавучести

18.03.03

На самом деле, в науке парить под водой, нет ничего мистического.

С общей концепцией плавучести знакомы все дайверы. В конце концов, все сводится к тому, что мы боремся за нулевую плавучесть на глубине, положительную плавучесть на поверхности и отрицательную плавучесть при начале погружения. Учитывая такое пристальное внимание к проблемам плавучести, можно было бы подумать, что физика процесса давно хорошо исследована. Но на самом деле, для многих дайверов она до сих пор остается самым настоящим темным лесом.

Краткие тезисы теории

Итак, что позволяет объекту поддерживать нейтральную плавучесть или изменять ее в положительную или отрицательную сторону? Древнегреческий математик Архимед долгое время исследовал проблему и сформулировал закон, который сегодня известен как Принцип Архимеда (или Закон Архимеда): на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости. Это утверждение, в общем, описывает природу плавучести, но здесь необходимо сделать некоторые пояснения.

Ключевой фактор плавучести - плотность предмета, т.е. его масса, заключенная в единице объема. Частицы свинца расположены ближе друг к другу, чем частицы дерева, а значит, свинцовый брусок имеет большую плотность, чем деревянный брусок, того же объема. Другой способ понять идею плотности состоит в рассмотрении скомканного листа бумаги. Если комок слегка уплотнен, то он занимает большее пространство, чем сильно сжатый лист, причем бумага сохраняет то же самое количество частиц и тот же вес.

Плавает или нет

Вернемся к понятию плавучести. Плотность объекта выражается его удельным весом. Для удобства измерений принято считать, что удельный вес дистиллированной воды равен 1.0. Если удельный вес объекта выше 1.0, то он будет иметь отрицательную плавучесть и будет тонуть. Чем выше плотность, тем большая часть объекта будет погружена в воду. Скажем, если его плотность составит 5.0, то негативная плавучесть будет очень значительно, в то же время материал с плотностью 1.1 лишь слегка понизится ниже уровня воды.

И наоборот, если удельный вес объекта меньше 1.0, он будет плавать. Чем ниже плотность, тем выше над водой возвышается плавающее тело.

Не вся вода одинаковая

Удельный вес тел основан на сравнении с пресной водой. Соленая вода большинства районов Мирового океана имеет удельный вес равный 1.03, именно поэтому пресная вода поднимается в верхние слои моря.

Разница между удельным весом соленой и пресной воды объясняет то, что при переходе от погружений в пресной воде к морю вы должны добавить небольшое количество дополнительных грузов.

Подводная лодка против компенсатора плавучести

Вот, что мы имеем: объект плавает или погружается из-за того, насколько тяжел его вес по сравнению с таким же объемом воды, в которой он находится. Основываясь на этом, становится ясно, как именно мы можем управлять плавучестью.

Рассмотрим компенсатор плавучести. Когда воздух удаляется из камеры, окружающее давление вынуждает ее принимать более компактную форму - вес компенсатора остается практически постоянным, но теперь он занимает меньший объем, иными словами, плотность компенсатора увеличивается. Когда камера наполняется воздухом, ее размеры увеличиваются, что приводит к тому, что ее удельный вес становится меньше удельного веса окружающей воды.

А теперь представьте подводную лодку. Вместо сжимающейся камеры она имеет жесткие балластные цистерны. Управление плавучестью подлодки осуществляется путем заполнения или сброса воды из этих резервуаров. Если цистерны полны, подводная лодка весит больше, чем окружающая вода и начинает погружаться. Когда сжатый воздух выдувает балластную воду из резервуаров, она становится легче и обретает положительную плавучесть.

Пересчет грузов при переходе от пресной к соленой воде

Вспомните, что из-за большей плотности среды, в морской воде объект выталкивается с большей силой, чем в пресной. Для пересчета необходимых грузов определите полный вес вашего тела и снаряжения. Умножьте значение на коэффициент 0.025 и округлите ответ до ближайшего целого значения. Так вы получите дополнительный вес, который необходимо добавить для погружений в соленой воде. Соответственно, в обратную сторону пересчет идет со знаком "минус".