Нейтральная плавучесть

Нейтральная плавучесть объекта возникает, когда средняя плотность равна плотности жидкости, в которую он погружен, в результате чего выталкивающая сила уравновешивает силу гравитации , которая в противном случае заставила бы объект тонуть (если плотность тела больше плотности жидкости, в которую он погружен) или подняться (если оно меньше). Объект, обладающий нейтральной плавучестью, не тонет и не поднимается.

Баланс сил на объектах с отрицательной, нейтральной и положительной плавучестью.

Дайверу с нейтральной плавучестью не нужны плавники, чтобы поддерживать глубину.

В подводном плавании важным навыком является способность поддерживать нейтральную плавучесть посредством контролируемого дыхания, точного взвешивания и управления компенсатором плавучести. Аквалангист поддерживает нейтральную плавучесть путем постоянной коррекции, обычно путем контролируемого дыхания, поскольку нейтральная плавучесть является нестабильным состоянием для сжимаемого объекта в жидкости.

История

Математик Архимед открыл многое из механизма плавучести более 2000 лет назад. В своих исследованиях Архимед обнаружил, что объект поддерживается силой, равной весу вытесненной им воды. Другими словами, надувная лодка, вытесняющая 100 фунтов (45 килограммов) воды, поддерживается такой же силой. Объект, плавающий в жидкости, называется положительно плавучим. Объект, опускающийся на дно, имеет отрицательную плавучесть, а объект, который остается в равновесии на том же уровне в жидкости, обладает нейтральной плавучестью. Способы регулирования плавучести были разработаны для производства такого оборудования, как надувной спасательный жилет , который наполнен газом и способствует снижению средней плотности человека, помогающий всплывать и плавать, а также определенного водолазного снаряжения (в том числе подводных и подводных лодок ), имеющих Воздушные камеры регулируемого объема для регулирования плавучести.

Использует

Плавучесть важна во многих областях. Лодки, корабли и гидросамолеты спроектированы . таким образом, чтобы гарантировать, что они останутся на плаву Подводные лодки имеют контролируемую плавучесть, что позволяет им погружаться и подниматься по требованию. Многие объекты были разработаны с учетом плавучести, например, спасательные жилеты и понтоны .

Плавучесть необходима для большинства водных видов спорта . Многие пловцы знают, что есть простые способы всплывать на поверхность, например, лежа на спине или задерживая полное дыхание. Плавучесть становится заметной, когда пловец пытается нырнуть на дно бассейна, что может потребовать усилий. Аквалангисты сталкиваются со многими проблемами плавучести, поскольку дайверы должны знать, как плавать, зависать и тонуть в воде. Аквалангисты часто носят свинцовые грузы, чтобы нейтрализовать положительную плавучесть своего тела и снаряжения.

Газы также являются жидкостями, поэтому объекты, плавающие в воздухе, также можно обрезать, чтобы они имели нейтральную плавучесть. Воздушный шар, который не тонет и не поднимается, использует меньшую плотность горячего воздуха по сравнению с плотностью окружающего воздуха, чтобы создать достаточную подъемную тягу, чтобы сбалансировать вес корзины и ее содержимого.

микрогравитации

Основные статьи: Моделирование нейтральной плавучести в качестве учебного пособия и бассейн нейтральной плавучести.

Нейтральная плавучесть широко используется при подготовке космонавтов к работе в микрогравитации условиях космической . НАСА и российская космическая программа поддерживают объекты, в которых астронавты-стажеры в костюмах взаимодействуют с макетами космического оборудования при помощи аквалангистов. Университета Мэриленда В Лаборатории космических систем резервуар с нейтральной плавучестью аналогичным образом используется для оценки характеристик прототипов космических роботов.

Характеристики

В неподвижной жидкости, когда объект имеет нейтральную плавучесть, нет результирующей силы, заставляющей его плавать или тонуть. Любая приложенная сила заставит его двигаться в направлении действия силы. Если у него нет импульса, он останется неподвижным.

Внешний вид в природе

рыбы контролирует плавучесть , Плавательный пузырь регулируя количество газа в плавательном пузыре, что позволяет ей достигать нейтральной плавучести на разных глубинах. Когда общая плотность рыбы становится выше или ниже плотности окружающей воды из-за изменения объема плавательного пузыря после подъема или спуска, она может с течением времени исправить эту разницу с помощью физиологического процесса, включающего контролируемое поглощение и удаление газов через кровообращение. жабры и железа, прилежащая к плавательному пузырю.

Человеческий мозг проявляет примерно нейтральную плавучесть в результате его подвешивания в спинномозговой жидкости . Фактическая масса человеческого мозга составляет около 1400 граммов; однако чистый вес мозга, взвешенного в спинномозговой жидкости, эквивалентен массе 25 граммов. Таким образом, мозг существует в почти нейтральной плавучести, что позволяет мозгу сохранять свою плотность, не подвергаясь ухудшению под действием собственного веса, который мог бы перекрыть кровоснабжение и убить нейроны в нижних отделах.

См. также

• Категория:Бассейны с нейтральной плавучестью