Flotabilitat en aigua salada vs aigua dolça per al busseig

2024 Autora: Cyrus Reynolds | [email protected]. Última modificació: 2024-02-07 11:23

Un objecte és més flotant a l'aigua salada que a l'aigua dolça, però per què? La flotabilitat d'un objecte està determinada per dues forces:

La força cap avall: igual al pes de l'objecte
La força ascendent: igual al pes de l'aigua que desplaça l'objecte (això es coneix com a principi d'Arquimedes)

Les forces ascendents i descendents treballen en oposició entre si. Com a resultat d'aquestes forces, l'objecte flotarà, s'enfonsarà o romandrà suspès a l'aigua. La flotabilitat de l'objecte es pot descriure d'una d'aquestes tres maneres:

Negativament flotant: El pes de l'objecte és més gran que el pes de l'aigua que desplaça. L'objecte s'enfonsarà.
Positivament flotant: El pes de l'objecte és inferior al pes de l'aigua que desplaça. L'objecte flotarà.
Neutrament flotant: El pes de l'objecte és exactament igual al pes de l'aigua que desplaça. L'objecte romandrà suspès enmig de l'aigua i no flotarà ni s'enfonsarà.

L'aigua salada pesa més que l'aigua dolça

Un peu cúbic d'aigua salada pesa (de mitjana) 64,1 lliures, mentre que un peu cúbic d'aigua dolça només pesa 62,4 lliures. El motiu de lala diferència de pes és que l'aigua salada té sal dissolta.

Dissoldre la sal a l'aigua augmenta la densitat de l'aigua, o massa per unitat de volum. Quan s'afegeix sal a l'aigua, aquesta reacciona amb les molècules d'aigua, formant un enllaç polar amb l'aigua que reordena les molècules de sal i aigua amb un efecte inusual:

Una polzada cúbica de sal afegit a un volum d'aigua no augmentarà el volum d'aigua en una polzada cúbica. Una explicació simplista és que les molècules d'aigua s'empaquen fortament al voltant de les molècules de sal, apretant-se més juntes que quan no hi ha sal. Quan s'afegeix una polzada cúbica de sal a un volum d'aigua, el volum d'aigua augmenta menys d'una polzada cúbica.

Un peu cúbic d'aigua salada té més molècules que un peu cúbic d'aigua dolça i, per tant, pesa més.

Recordem que el principi d'Arquimedes estableix que la força ascendent sobre un objecte submergit és igual al pes de l'aigua que desplaça. L'aigua salada pesa més que l'aigua dolça, de manera que exerceix una força ascendent més gran sobre un objecte submergit. Un objecte que desplaça un peu cúbic d'aigua dolça experimentarà una força ascendent de 62,4 lliures, mentre que el mateix objecte en aigua salada experimentarà una força ascendent de 64,1 lliures.

Canvi entre aigua dolça i aigua salada

En aquest punt, és possible fer algunes prediccions generals sobre la flotabilitat d'un objecte (o d'un bussejador) quan es mou d'aigua dolça a salada i viceversa. Considereu els casos següents:

Un objecte que flota de manera neutral'aigua dolça flotarà quan es col·loca a l'aigua salada. A l'aigua dolça, el pes de l'objecte és exactament igual al pes de l'aigua que desplaça, i les forces cap avall i cap amunt sobre l'objecte són iguals. Quan l'objecte es trasllada a l'aigua salada, el pes de l'aigua que desplaça augmentarà i la força ascendent serà més gran que la força descendent. L'objecte flotarà positivament a l'aigua salada.
Un objecte que flota de manera neutra en aigua salada s'enfonsarà quan es col·loqui a l'aigua dolça. En aigua salada, el pes de l'objecte és exactament igual al pes de l'aigua que es desplaça, i les forces cap amunt i cap avall sobre l'objecte són iguals. Quan l'objecte es mou a aigua dolça, el pes de l'aigua que desplaça disminuirà i la força cap avall sobre l'objecte serà més gran que la força cap amunt. L'objecte flotarà negativament a l'aigua dolça.
Un objecte que flota negativament o positivament a l'aigua salada es farà més flotant negativament quan es col·loca a l'aigua dolça, però no podem predir si s'enfonsarà o flotarà sense més informació. Un objecte experimentarà una força ascendent més feble en aigua dolça que en aigua salada i serà menys flotant en aigua dolça. Tanmateix, per determinar si l'objecte s'enfonsarà o flotarà, cal conèixer el pes exacte de l'objecte i el pes exacte de l'aigua que desplaça.
Un objecte que flota positivament o negativament a l'aigua dolça es farà més flotant positivament quan es col·loca a l'aigua salada, però no podem predir si ho farà.s'enfonsarà o flotarà sense més informació. Un objecte experimentarà una força ascendent més forta a l'aigua salada que a l'aigua dolça i serà més flotant a l'aigua salada. Tanmateix, per determinar si l'objecte s'enfonsarà o flotarà, cal conèixer el pes exacte de l'objecte i el pes exacte de l'aigua que desplaça.

Pesar un submarinista

És evident que un bussejador flotarà més positivament en aigua salada que en aigua dolça i haurà d'ajustar els seus pesos en conseqüència. El bussejador haurà de portar més pes en aigua salada que en aigua dolça. La quantitat de pes que ha de portar el bussejador dependrà de diversos factors, com ara la seva massa corporal, la seva protecció contra l'exposició, el tipus de dipòsit que porta i el seu equip de busseig.

El cinturó de pes d'un bussejador és només un petit percentatge del seu pes total; el seu pes corporal, el tanc i l'equip de busseig també contribueixen al seu pes i a la força cap avall sobre el seu cos. Els bussejadors sovint canvien de vestit de neoprè (o vestit sec) i d' altres equips quan canvien d'ubicació d'immersió, i la força ascendent sobre el bussejador pot variar segons aquests factors, així com segons el tipus d'aigua.

És impossible predir el canvi de pes necessari per a un bussejador individual sense conèixer el desplaçament de l'aigua, el pes total i la salinitat de l'aigua en què bussejarà. La manera més senzilla per a un bussejador de determinar la ponderació adequada és realitzar una prova de flotabilitat sempre que canviï entre aigua dolça i salada, i sempre que canviï una peça del seu equip de busseig. Tanmateix, donatque tots els factors segueixen sent els mateixos, excepte pel tipus d'aigua, és possible que un bussejador hagi de gairebé duplicar el seu pes quan passa de l'aigua dolça a l'aigua salada o reduir-lo a la meitat quan canvia de l'aigua salada a l'aigua dolça.

Consideracions addicionals

Per complicar les coses, la salinitat de l'aigua salada varia arreu del món. Alguns cossos d'aigua poden ser més salats que altres. Per descomptat, un bussejador flotarà més positivament en aigües més salades. El pes mitjà d'un peu cúbic d'aigua salada és de 64,1 lliures, però al Mar Mort, un peu cúbic d'aigua pesa uns 77,3 lliures! Un bussejador seria molt més flotant al Mar Mort.

La temperatura també afecta la densitat de l'aigua. L'aigua freda és més densa que l'aigua tèbia. L'aigua arriba a la seva densitat màxima a uns 39,2 °F, i un bussejador que s'aventura en aigües molt fredes pot notar que és una mica més flotant negativament que en aigües més càlides.

Molts llocs d'immersió requereixen que un submarinista es desplaci per capes de diferents temperatures d'aigua (termoclines) o capes de diferents salinitats (haloclines). Un bussejador que es mou entre aquestes capes notarà canvis en la seva flotabilitat.

Els objectes (com els bussejadors) seran més flotants a l'aigua salada que a l'aigua dolça. Predir la flotabilitat d'un bussejador requereix conèixer el seu pes total, inclòs l'equip, així com el pes de l'aigua que desplaça. És molt més fàcil realitzar una comprovació de la flotabilitat abans d'una immersió que intentar determinar matemàticament la quantitat de pes que ha de portar un bussejador. A més, els bussejadors que utilitzen tancs d'alumini hauran de pesar-se per compensar-locanvi de flotabilitat del dipòsit durant una immersió; un dipòsit d'alumini augmentarà positivament a mesura que es buida.