Keapungan dalam Air Garam lwn Air Tawar untuk Selam Skuba

2024 Pengarang: Cyrus Reynolds | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-08 22:37

Sesuatu objek lebih terapung di dalam air masin daripada di dalam air tawar, tetapi mengapa? Keapungan objek ditentukan oleh dua daya:

Daya ke bawah: sama dengan berat objek
Daya ke atas: sama dengan berat air yang disesarkan objek (ini dikenali sebagai Prinsip Archimedes)

Kuasa ke atas dan ke bawah bekerja bertentangan antara satu sama lain. Akibat daya ini, objek sama ada akan terapung, tenggelam, atau kekal terampai di dalam air. Keapungan objek boleh diterangkan dalam salah satu daripada tiga cara:

Apung secara Negatif: Berat objek lebih besar daripada berat air yang dialihkannya. Objek akan tenggelam.
Apung Positif: Berat objek kurang daripada berat air yang dialihkannya. Objek akan terapung.
Apung Neutral: Berat objek adalah betul-betul sama dengan berat air yang disesarkannya. Objek akan kekal terampai di tengah air dan tidak akan terapung atau tenggelam.

Air Garam Lebih Berat Daripada Air Tawar

Sekaki padu air garam mempunyai berat (secara purata) 64.1 lbs, manakala satu kaki padu air tawar hanya seberat 62.4 lbs. Sebab untukperbezaan berat ialah air masin mengandungi garam yang terlarut di dalamnya.

Melarutkan garam dalam air meningkatkan ketumpatan air, atau jisim setiap unit isipadu. Apabila garam ditambah kepada air, ia bertindak balas dengan molekul air, membentuk ikatan kutub dengan air yang menyusun semula molekul garam dan air dengan kesan yang luar biasa:

Satu inci padu garam yang ditambahkan pada isipadu air tidak akan meningkatkan isipadu air sebanyak satu inci padu. Penjelasan ringkas ialah molekul air membungkus diri dengan ketat di sekeliling molekul garam-memerah lebih rapat daripada yang mereka lakukan apabila garam tidak hadir. Apabila satu inci padu garam ditambah kepada isipadu air, isipadu air bertambah kurang daripada satu inci padu.

Satu kaki padu air garam mempunyai lebih banyak molekul di dalamnya daripada satu kaki padu air tawar dan, oleh itu, lebih berat.

Ingat bahawa Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya ke atas pada objek tenggelam adalah sama dengan berat air yang disesarkannya. Air garam lebih berat daripada air tawar, jadi ia mengenakan daya ke atas yang lebih besar pada objek yang tenggelam. Objek yang menyesarkan satu kaki padu air tawar akan mengalami daya menaik sebanyak 62.4 lbs, manakala objek yang sama dalam air masin akan mengalami daya menaik sebanyak 64.1 lbs.

Bertukar Antara Air Tawar dan Air Garam

Pada ketika ini, adalah mungkin untuk membuat beberapa ramalan umum tentang daya apungan objek (atau penyelam) apabila dialihkan daripada air tawar kepada air masin dan begitu juga sebaliknya. Pertimbangkan kes berikut:

Objek yang apung secara neutralair tawar akan terapung apabila diletakkan di dalam air masin. Dalam air tawar, berat objek adalah betul-betul sama dengan berat air yang disesarkannya, dan daya ke bawah dan ke atas pada objek adalah sama. Apabila objek dialihkan ke air masin, berat air yang disesarkannya akan bertambah dan daya ke atas akan lebih besar daripada daya ke bawah. Objek akan terapung secara positif dalam air masin.
Objek yang terapung secara neutral dalam air masin akan tenggelam apabila diletakkan di dalam air tawar. Dalam air masin, berat objek itu betul-betul sama dengan berat air bahawa ia disesarkan, dan daya ke atas dan ke bawah pada objek adalah sama. Apabila objek dialihkan ke air tawar, berat air yang disesarkannya akan berkurangan, dan daya ke bawah pada objek akan lebih besar daripada daya ke atas. Objek akan terapung negatif dalam air tawar.
Benda yang apung secara negatif atau positif dalam air masin akan menjadi lebih apung negatif apabila diletakkan di dalam air tawar-tetapi kita tidak dapat meramalkan sama ada ia akan tenggelam atau terapung tanpa maklumat lanjut. Objek akan mengalami daya ke atas yang lebih lemah di dalam air tawar berbanding di dalam air masin dan akan menjadi kurang apung di dalam air tawar. Walau bagaimanapun, untuk menentukan sama ada objek akan tenggelam atau terapung, adalah perlu untuk mengetahui berat sebenar objek dan berat air yang disesarkannya.
Objek yang apungan negatif atau positif dalam air tawar akan menjadi lebih apung secara positif apabila diletakkan di dalam air masin-tetapi kita tidak dapat meramalkan sama ada iaakan tenggelam atau terapung tanpa maklumat lanjut. Objek akan mengalami daya ke atas yang lebih kuat dalam air masin berbanding air tawar, dan akan menjadi lebih apung dalam air masin. Walau bagaimanapun, untuk menentukan sama ada objek akan tenggelam atau terapung, adalah perlu untuk mengetahui berat sebenar objek dan berat air yang disesarkannya.

Menimbang Penyelam Skuba

Adalah jelas bahawa penyelam akan menjadi lebih positif dalam air masin berbanding dengan air tawar, dan perlu menyesuaikan beratnya dengan sewajarnya. Penyelam perlu membawa lebih berat dalam air masin daripada yang perlu dia bawa dalam air tawar. Jumlah berat yang perlu dibawa oleh penyelam bergantung kepada pelbagai faktor, termasuk jisim badannya, perlindungan pendedahannya, jenis tangki yang dibawanya dan peralatan menyelamnya.

Tali pinggang berat penyelam hanyalah peratusan kecil daripada jumlah beratnya; berat badannya, tangki dan peralatan menyelam juga menyumbang kepada berat badannya dan daya ke bawah pada badannya. Penyelam sering menukar pakaian selam (atau pakaian kering) dan peralatan lain apabila menukar lokasi menyelam, dan daya ke atas penyelam mungkin berbeza mengikut faktor ini, serta mengikut jenis air.

Adalah mustahil untuk meramalkan perubahan berat yang diperlukan untuk penyelam individu tanpa mengetahui anjakan airnya, jumlah berat dan kemasinan air yang akan diselaminya. Cara paling mudah untuk penyelam menentukan pemberat yang betul adalah dengan lakukan ujian daya apungan setiap kali bertukar antara air tawar dan air masin, dan setiap kali dia menukar sekeping gear menyelamnya. Namun, diberibahawa semua faktor kekal sama kecuali jenis air, seorang penyelam mungkin perlu hampir dua kali ganda beratnya apabila berpindah dari air tawar kepada air masin atau mengurangkan separuh apabila menukar daripada air garam kepada air tawar.

Pertimbangan Tambahan

Untuk menjadikan perkara lebih rumit, kemasinan air masin berbeza-beza di seluruh dunia. Sesetengah badan air mungkin lebih masin daripada yang lain. Sudah tentu, seorang penyelam akan menjadi lebih positif dalam air yang lebih masin. Purata berat satu kaki padu air masin ialah 64.1 lbs, tetapi di Laut Mati, satu kaki padu air mempunyai berat kira-kira 77.3 lbs! Seorang penyelam akan menjadi lebih bertenaga di Laut Mati.

Suhu juga mempengaruhi ketumpatan air. Air sejuk lebih tumpat daripada air suam. Air mencapai ketumpatan maksimumnya pada kira-kira 39.2° F, dan penyelam yang menerokai air yang sangat sejuk mungkin menyedari bahawa dia lebih apung secara negatif berbanding air yang lebih suam.

Banyak tapak menyelam memerlukan penyelam untuk bergerak melalui lapisan suhu air yang berbeza (thermoclines) atau lapisan saliniti berbeza (haloclines). Seorang penyelam yang bergerak di antara lapisan ini akan melihat perubahan dalam daya apungannya.

Objek (seperti penyelam) akan menjadi lebih apung di dalam air masin berbanding di dalam air tawar. Meramalkan daya apungan penyelam memerlukan mengetahui jumlah beratnya, termasuk gear, serta berat air yang dia sesarkan. Adalah lebih mudah untuk melakukan semakan daya apungan sebelum menyelam daripada cuba menentukan secara matematik kuantiti berat yang perlu dibawa oleh penyelam. Selain itu, penyelam yang menggunakan tangki aluminium perlu menimbang sendiri untuk mengimbangiperubahan daya apungan tangki semasa menyelam; tangki aluminium akan menjadi lebih apung secara positif apabila ia dikosongkan.