物体在水中的浮力更大盐水但为什么呢?物体的浮力由两种力决定:
- 向下的力量:等于物体的重量
- 向上力量:等于物体移位的水的重量(这被称为阿基米德的原则)
向上和向下的力量彼此反对。由于这些力,物体将浮动,水槽或保持悬挂在水中。物体的浮力可以以三种方式之一描述:
- 负面浮力:物体的重量大于它所排开的水的重量。物体会下沉。
- 积极的浮力:物体的重量小于它所排开的水的重量。对象将浮动。
- 中立浮力:物体的重量正好等于它所排开的水的重量。该物体将保持悬浮在水中,既不会漂浮也不会下沉。
盐水重量比淡水更重
立方英尺的盐水(平均)64.1磅,而淡水的立方英尺只重62.4磅。重量差的原因是盐水溶解在其中。
盐在水中溶解会增加水的密度,也就是单位体积的质量。当盐加入水中时,它与水分子发生反应,与水形成一个极性键,以一种不同寻常的效果重新排列盐和水分子:
一立方英寸盐加到一定体积的水里不会通过立方英寸增加水量。一种简单的解释是,水分子在盐分分子上紧密包装 - 挤在一起,而不是当盐不存在时。当将立方英寸的盐加入量的水中时,水量增加少比立方英寸。
1立方英尺的盐水比1立方英尺的淡水含有更多的分子,因此重量也更大。
回想一下,Archimedes的原理指出浸没物体上的向上力等于它移位的水的重量。盐水重比淡水更多,所以它在浸没物体上施加更大的向上的力。一种对淡水的立方英尺的物体会出现62.4磅的向上力,而在盐水中相同的物体将经历64.1磅的向上力。
在淡水和咸水之间的变化
在这一点上,有可能对物体(或潜水员)从淡水移动到盐水或反之的浮力做出一些普遍的预测。考虑以下情况:
- 一个在淡水中具有中性浮力的物体放在盐水中就会浮起来。在淡水中,物体的重量与其移位的水重量完全相同,并且对象上的向下和向上的力相等。当物体移动到盐水中时,它移位的水的重量将增加并且向上的力大于向下的力。物体将在盐水中积极浮动。
- 在淡水中放入盐水中的中性浮动的物体将吸收。在盐水中,物体的重量完全等于它所排开的水的重量,物体上向上和向下的力是相等的。当物体移到淡水中时,它所排开的水的重量就会减小,对物体的向下的力就会大于向上的力。该物体在淡水中具有负浮力。
- 当盐水中呈现负面或积极浮动的物体在淡水中时会变得更加负 - 但我们无法预测它是否会在没有更多信息的情况下沉没或浮动。一个物体将在淡水中经历较弱的向上力,而不是盐水,并且在淡水中会不那么浮动。然而,为了确定物体是否会吸收或浮动,有必要知道物体的精确重量和它移位的水的精确重量。
- 一个在淡水中浮力为负或正的物体,在盐水中会变得更有浮力,但在没有更多信息的情况下,我们无法预测它会下沉还是漂浮。物体在盐水中会比在淡水中受到更强的向上的力,在盐水中会更有浮力。然而,为了确定物体是否会吸收或浮动,有必要知道物体的精确重量和它移位的水的精确重量。
给戴水肺的潜水员称重
很明显,潜水员在盐水中比在淡水中浮力更强,而且他也需要这样做调整权重相应的行动。潜水员在盐水中承受的重量要比在淡水中承受的重量大。潜水员必须携带的重量取决于多种因素,包括他的体重,他的暴露防护,他携带的坦克的类型,以及他的身体潜水设备。
潜水员的体重带只是他总重量的小百分比;他的体重,坦克和潜水齿轮也有助于他身体的重量和向下的力量。潜水员通常在更换潜水位置时切换潜水员(或司机)和其他档位,并且潜水员上的向上力可能根据这些因素而变化,以及根据水的类型。
在不知道潜水者的水量、总重量和潜水水的盐度的情况下,是不可能预测出潜水者的体重变化的。对于潜水员来说,确定合适的重量最简单的方法是在淡水和盐水之间切换以及更换潜水装备时进行浮力测试。然而,考虑到除了水的类型以外的所有因素都是一样的,潜水员从淡水移到盐水时,可能要把体重增加一倍,从盐水移到淡水时,可能要把体重减少一半。
额外的注意事项
更复杂的是,世界各地海水的盐度各不相同。有些水体可能比其他水体更咸。当然,潜水员在咸水中浮力更强。一立方英尺海水的平均重量是64.1磅,但在死海在美国,一立方英尺的水重约77.3磅!潜水员在死海的浮力要大得多。
温度也影响了水的密度。冷水比温水更密集。水达到约39.2°F的最大密度,潜水员冒入很冷的水可能会注意到他比在暖水中更具负面浮力。
许多潜水网站需要潜水员通过不同的水温(热环)或不同盐水层(卤录)的层移动。在这些层之间移动的潜水员会发现他的浮力变化。
物体(如潜水员)在盐水中比在淡水中更加浮动。预测A.潜水员的浮力需要知道他的总重量,包括装备,以及他所排开的水的重量。在潜水前进行浮力检查要比试图用数学方法确定潜水员应该携带的重量容易得多。此外,使用铝罐的潜水员需要给自己称重,以抵消潜水时罐的浮力变化;一个铝罐将变得更积极的浮力,因为它是空的。