Потерял плавучесть что значит

Плавучесть

Плавучесть — свойство погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать. Также — раздел теории корабля, изучающий плавучесть.

Содержание

Закон Архимеда

Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.

При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости (ρ_fluid), а вес (Gravity) от плотности тела (ρ_object). Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса m, и тем глубже оно погрузится.

При отсутствии поверхностного натяжения, уравнение равновесия плавающего тела будет выглядеть:

где P_object — вес тела, g — ускорение свободного падения, P_im — вес погружённого тела.

Считают, что Архимед вывел этот закон, решая задачу определения плотности тела, не прибегая к объёмам. По легенде, ему требовалось узнать, из золота ли сделана корона, весившая столько же, сколько золотой слиток. Прямо измерить объём короны он не мог из-за её сложной формы. [1]

Плавучесть корабля (судна)

Запас плавучести

Под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке. Эта способность характеризуется запасом плавучести, который выражается как процент объёма водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии к общему водонепроницаемому объёму. Любое нарушение непроницаемости ведёт к снижению запаса плавучести. Для корабля (судна), у которого корпус водонепроницаем по главную палубу:

где V_н — объём подпалубных помещений над ватерлинией, V_o — весь объём подпалубных помещений.

Уравнение равновесия в этом случае имеет вид:

где P — вес судна, γ — плотность воды, V — погружённый объём, и называется основным уравнением плавучести

Из него следует:

1. при неизменной плотности γ изменение нагрузки P сопровождается пропорциональным изменением погружённого объёма V до достижения нового положения равновесия. То есть, при увеличении нагрузки судно «садится» в воду глубже, при уменьшении всплывает выше.
2. при неизменной нагрузке P изменение плотности γ сопровождается обратно пропорциональным изменением погружённого объёма V. Так, в пресной воде судно сидит глубже, чем в солёной.
3. изменение объёма V при прочих равных сопровождается изменением осадки. Например, при балластировке забортной водой или аварийном затоплении отсеков можно считать, что судно не приняло груз, а уменьшило погружённый объём, и осадка увеличилась — судно сидит глубже. При откачке воды происходит обратное.

Физический смысл запаса плавучести — это объём воды, который судно может принять (скажем, при затоплении отсеков), ещё оставаясь на плаву. Запас плавучести 50 % значит, что водонепроницаемый объём выше ватерлинии равен объёму ниже неё. Для надводных кораблей характерны запасы 50÷60 % и выше. Считается, что чем бо́льший запас удалось получить при постройке, тем лучше.

Нейтральная плавучесть

Когда объём принятой воды (для надводного корабля) в точности равен запасу плавучести, считается что плавучесть утеряна — запас равен 0 %. Действительно, в этот момент корабль погружается по главную палубу и находится в неустойчивом состоянии, когда любое внешнее воздействие может вызвать его уход под воду. А в воздействиях, как правило, недостатка нет. В теории этот случай называется нейтральная плавучесть.

Отрицательная плавучесть

При приёме объёма воды больше чем запас плавучести (или любого груза, большего по весу) говорят, что судно получает отрицательную плавучесть. В этом случае оно неспособно плавать, а может только тонуть.

Поэтому для судна устанавливается обязательный запас плавучести, который оно должно иметь в неповреждённом состоянии для безопасного плавания. Он соответствует полному водоизмещению и маркируется ватерлинией и / или грузовой маркой.

Гипотеза прямобортности

Для определения влияния переменных грузов на плавучесть пользуются допущением, при котором считается, что прием малых (менее 10 % водоизмещения) грузов не меняет площадь действующей ватерлинии. То есть изменение осадки считается так, словно корпус является прямой призмой. Тогда водоизмещение прямо зависит от осадки.

Исходя из этого, определяется фактор изменения осадки, обычно в т/см:

где S — площадь действующей ватерлинии, q означает величину изменения нагрузки в тоннах, необходимую для изменения осадки на 1 см. При обратном расчете он позволяет определить, не вышел ли из допустимых пределов запас плавучести.

Источник

Нейтральная плавучесть, что это такое?

Нейтральная плавучесть или как ее еще называют » нулевая плавучесть » , что это такое и как ее добиться, найти, вычислить? Еще, один из вопросов который часто задают дайверы: — «Сколько килограммов груза мне взять?». В статье мы постарались ответить на эти вопросы и рассказать основы, с примерами на видео и рисунках. Тема не перестает быть актуальной для многих дайверов. 🙂

Небольшое вступление — описание среднестатистического погружения новичка.

Близится отпуск, где как не под водой провести свои честно заработанные деньКи! Вы выбрали страну с самым красивым морем, дайвинг центр по вкусу и вот вы погружаетесь в царство Нептуна. Дайв гид разглядел в череде кораллов очень редкую и красивую рыбку. Он привлекает ваше внимание, чтобы вы смогли понаблюдать и сфотографировать это чудо-юдо в его естественной среде. Вы перестали работать ластами, остановились и пытаетесь зависнуть в толще воды. Но понимаете, что вас начинает «тащить вниз», а ваше тело неожиданно для вас принимает вертикальное положение. Чтобы оставаться на одной глубине, вы начинаете махать руками, при этом «подрабатывая» ластами. Из-за поднятого вами песка и ила рассмотреть рыбку не удалось. Вы плывете дальше, но что-то опять идет не так, почему-то теперь вас «потащило вверх». И так в течение всего дайва вы увлечены борьбой с положением своего тела в воде, а не созерцанием красот морских обитателей. Погружение закончилось и вы озадачены еще одним вопросом: почему у гида осталось гораздо больше воздуха, чем у вас. Ответ прост: вы недостаточно хорошо представляете себе, что такое нейтральная плавучесть. Если описанная выше картина вам знакома, читайте особенно внимательно и дайте почитать другу 🙂

Давайте разберемся, почему все было так и вспомним теорию плавучести.

На поверхности и под водой тело человека подчинено законам физики. На поверхности это практически неощутимо, а погружаясь, человек вспоминает о «Матери Природе».

Итак, физика: тело, погруженное в жидкость, имеет нейтральную плавучесть, если масса этого тела равна массе вытесняемой им жидкости. Другими словами, на тело действуют две силы: сила притяжения (направлена вниз) и выталкивающая сила — Закон Архимеда (направлена вверх), если выталкивающая сила равна силе притяжения, тогда сумма этих сил равна нулю и тело в воде находится в состоянии «невесомости» — нейтральной плавучести (нулевой плавучести).

Напомню, что нужно сделать дайверу чтобы его собственное тело имело под водой нейтральную плавучесть. Первое — это проверить, правильный ли вес груза вы подобрали для погружения. Универсального ответа и точной формулы нет, для каждого человека груз подбирается индивидуально и зависит его количество от строения тела, состава тела — соотношения «легких» тканей – жира, «тяжелых» — кости, мышцы, остальных составляющих. И, конечно, от снаряжения в котором вы ныряете. Нейтральная плавучесть и правильно подобранный груз это два связанных между собой навыка. Подбор груза делается так — зайдите в воду в полном комплекте снаряжения для подводного плавания, стравите весь воздух из компенсатора плавучести (далее BCD), сделайте нормальный вдох. Вода должна дойти до середины маски, на выдохе вы должны начать погружаться. Если вы уходите под воду на вдохе или не удалив воздух из BCD, следует уменьшить количество груза. Если на выдохе при полностью сдутом BCD не удается погрузиться, то следует увеличить количество груза. Но прежде чем навешивать на себя груза убедитесь, что воздуха в BCD нет, если вы не можете понять остался воздух в компенсаторе плавучести или нет, то попросите помощи у бади-партнера.

Конечно, можно повесить на себя такое количество груза, которое позволит без «лишних» хлопот сразу упасть на дно, а потом при помощи компенсатора плавучести пытаться от него оторваться, но зачем, тащить на себе лишние килограммы? От этого вы начнете быстро уставать, да и расход воздуха заметно увеличится. Устройства нужно использовать по назначению. BCD — Buoyancy Compensator Device — это устройство для компенсации плавучести, а не подъёмный механизм.

Груз нужен только для того, чтобы компенсировать большой объем и малый вес элементов снаряжения, таких как гидрокостюм, боты, перчатки, шлем и т.п., и мы могли начать погружение. Тело человека, не сжимается и не увеличивается в объеме при увеличении или уменьшении глубины.

С увеличением глубины увеличивается давление воды. Гидрокостюм, боты, шлем, перчатки начинают уменьшаться в своем объеме, масса выталкиваемой воды становится меньше и плавучесть дайвера становится отрицательной. Добавляя воздух в BCD, мы восстанавливаем потерянный объем за счет увеличения объема BCD, то есть делаем объем нашего тела таким же, как при подборе груза, тем самым возвращая себе нейтральную плавучесть.

Чем больше глубина погружения, тем больший объем воздуха требуется добавить в BCD для сохранения нейтральной плавучести. Во время завершающего этапа погружения — при всплытии, с уменьшением глубины уменьшается давление воды и объем снаряжения начинает восстанавливаться, воздух в BCD, добавленный при погружении, начинает расширяться и вас «тащит» наверх. Удаляя воздух из BCD через инфлятор или аварийный клапан, мы поддерживаем свою нейтральную плавучесть. Помните: стравливать воздух нужно не весь, а только «лишний», в противном случае ваша плавучесть станет отрицательной. Сколько воздуха в BCD «лишнего», можно проверить дыханием. Сделайте выдох, если объема выдоха хватило для того, чтобы вас перестало «тащить» наверх, то и воздуха из BCD нужно удалить столько же, сколько вы выдохнули. Аналогично, при помощи вдоха, можно определить, сколько воздуха необходимо поддуть в BCD при погружении. Импульс к погружению задается выдохом, к всплытию вдохом, а не руками или ластами.

Сжатый воздух в 12-литровом баллоне тоже имеет массу, примерно 2 килограмма. По мере расхода воздуха в процессе погружения масса баллона с воздухом будет уменьшаться. На это нужно сделать поправку при подборе груза, возьмите с собой дополнительно 1-2 килограмма. По окончании погружения проверьте правильность подбора груза еще раз.

Итак, необходимое условие для достижения и поддержания нейтральной плавучести – это правильно подобранное количество груза, поддержание постоянного объема тела на разной глубине и спокойное дыхание.

Теперь, давайте попробуем разобраться почему бывает сложно удержаться под водой в горизонтальном положении и вас разворачивает вертикально. Понимание причин «не правильного» поведения тела под водой весьма важно для устранения этих самых причин, а также для сохранения спокойствия и спокойного дыхания.

Физика: как мы уже выяснили выше, на тело действует две силы – сила притяжения и выталкивающая сила. Но! Точка приложения силы притяжения находится в центре тяжести тела, а выталкивающая приложена к условному центру самой «легкой» части тела — спине(груди) именно там у нас находятся легкие и одет BCD. Эти силы стремятся расположиться на одной вертикальной линии и разворачивают тело (создавая тем самым вращающий момент) таким образом, что центр тяжести располагается внизу, а «легкая» часть тела наверху.

Вспомните детскую игрушку «неваляшка», как бы мы ни пытались положить куклу, она все равно будет стремиться занять вертикальное положение. Это происходит потому, что центр тяжести находится в нижней части куклы, а «легкая» часть в верхней.

Если центр тяжести сместить ближе к «животу», кукла будет лежать горизонтально на «животе», лицом вниз.

На поверхности центр тяжести тела человека находится внизу живота и мы привыкаем к этому в течение первого года жизни, пока не научимся уверенно ходить. Овладев этим навыком, мы уже не прилагаем усилия для того, чтобы сохранять свое тело в равновесии.

Под водой все перечисленные правила работают точно так же, только вода имеет большую плотность, чем воздух, и привычный для нас на поверхности навык сохранения равновесия требует корректировки.

Надев снаряжение для подводного плавания, мы изменяем свой центр тяжести и замечаем это уже на поверхности, но нам не доставляет хлопот сохранять равновесие потому, что мы имеем твердую точку опоры – Землю. Погрузившись под воду, вы теряете точку опоры и пытаетесь выровнять положение своего тела – машете руками, работаете ластами, и все равно не можете обрести равновесие, знакомо? Не надо пытаться победить законы физики, так вы только устанете и быстро потратите воздух. Лучше применить принцип «неваляшки» и разместить груза так, чтобы центр тяжести и самая «легкая» часть нашего тела расположились на одной прямой, поперек тела (рис.2), тем самым мы совместим линии сил притяжения и выталкивания, что будет благоприятствовать горизонтальному положению нашего тела под водой. Добиться этого можно перемещая груза на теле, например, перемещая грузовой пояс ближе к компенсатору плавучести. В силу того, что строение тела у всех дайверов разное, сложно дать универсальный рецепт о размещении грузов в грузовой системе, это подбирается индивидуально для каждого дайвера.

Настоятельно рекомендую проверять правильность подбора грузов и их размещение в грузовой системе непосредственно перед первым погружением на глубине 1,5–2 метра. Как это проверить — лежа на поверхности воды лицом вниз с регулятором во рту, удалите воздух из BCD и сделайте выдох. Если вы правильно подобрали вес грУза и правильно расположили грузА, то на выдохе вы начнете погружаться в горизонтальном положении, а на вдохе начнете приподниматься к поверхности.

Если нет, вы почувствуете рефлекторное желание поработать руками или ластами для восстановления горизонтального положения. Не делайте этого, попытайтесь понять, что происходит с вашим телом и воспользуйтесь рекомендациями, описанными выше.

Владение навыком нейтральной плавучести поможет вам экономить силы и воздух, наслаждаться в полной мере красотами моря, продвигаться дальше в освоении дайверского мастерства. Старайтесь каждое свое погружение совершенствовать навык плавучести. Освоить навык плавучести на практике можно на курсе «Мастерское владение плавучестью» — (Peak Performance Buoyancy).

Источник