ציפה במי מלח לעומת מים מתוקים

חפץ צף יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, אבל למה? כושר הציפה של עצם נקבע על ידי שני כוחות:

• הכוח כלפי מטה:שווה למשקל האובייקט
• הכוח כלפי מעלה:שווה למשקל המים שהאובייקט מעיר (זה ידוע כעקרון ארכימדס)

הכוחות כלפי מעלה ומטה פועלים בניגוד זה לזה. כתוצאה מכוחות אלו, החפץ יצוף, ישקע או יישאר תלוי במים. ניתן לתאר את כושר הציפה של האובייקט באחת משלוש דרכים:

• ציפה שלילית:משקל החפץ גדול ממשקל המים שהוא עוקר. החפץ ישקע.
• ציפה חיובית:משקל החפץ קטן ממשקל המים שהוא עוקר. החפץ יצוף.
• ציפה ניטראלית:משקל החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוקר. האובייקט יישאר תלוי באמצע המים ולא יצוף ולא ישקע.

מי מלח שוקלים יותר ממים מתוקים

רגל מעוקב של מים מלוחים שוקל (בממוצע) 64.1 פאונד, בעוד מטר מעוקב של מים מתוקים שוקל רק 62.4 פאונד. הסיבה להבדל במשקל היא שבמי מלח יש מלח מומס.

המסת מלח במים מגבירה את צפיפות המים, או המסה ליחידת נפח. כאשר מוסיפים מלח למים, הוא מגיב עם מולקולות המים, ויוצר קשר קוטבי עם המים שמסדר מחדש את מולקולות המלח והמים עם השפעה יוצאת דופן:

סנטימטר מעוקב של מלח נוסף לנפח מיםלאלהגדיל את נפח המים בסנטימטר מעוקב. הסבר פשטני הוא שמולקולות המים אורזות את עצמן בחוזקה סביב מולקולות המלח - נדחסות זו לזו יותר מאשר כשהמלח אינו קיים. כאשר מוסיפים סנטימטר מעוקב של מלח לנפח מים, נפח המים גדל ב-פָּחוֹתמאשר אינץ' מעוקב.

במטר מעוקב של מים מלוחים יש יותר מולקולות מאשר במטר מעוקב של מים מתוקים, ולכן, משקלו גבוה יותר.

נזכיר שעיקרון ארכימדס קובע שהכוח כלפי מעלה על עצם שקוע שווה למשקל המים שהוא עוקר. מי מלח שוקלים יותר ממים מתוקים, ולכן הם מפעילים כוח גדול יותר כלפי מעלה על חפץ שקוע. חפץ העוקר רגל מעוקב של מים מתוקים יחווה כוח כלפי מעלה של 62.4 פאונד, בעוד שאותו חפץ במי מלח יחווה כוח כלפי מעלה של 64.1 פאונד.

מעבר בין מים מתוקים למי מלח

בשלב זה, ניתן לבצע כמה תחזיות כלליות לגבי כושר הציפה של חפץ (או של צוללן) כאשר הוא עובר ממים מתוקים למים מלוחים ולהיפך. שקול את המקרים הבאים:

• חפץ שצף באופן ניטרלי במים מתוקים יצוף כאשר הוא מונח במים מלוחים.במים מתוקים, משקל החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוקר, והכוחות כלפי מטה ולמעלה על החפץ שווים. כאשר החפץ מועבר למים מלוחים, משקל המים שהוא עוקר יגדל והכוח כלפי מעלה יהיה גדול מהכוח כלפי מטה. האובייקט יהיה צף חיובי במי מלח.
• חפץ שצף באופן ניטרלי במים מלוחים ישקע כשהוא מונח במים מתוקים.במי מלח, משקל החפץ שווה בדיוק למשקל המים שהוא עוקר, והכוחות כלפי מעלה ומטה על החפץ שווים. כאשר החפץ מועבר למים מתוקים, משקל המים שהוא עוקר יקטן, והכוח כלפי מטה על החפץ יהיה גדול מהכוח כלפי מעלה. האובייקט יהיה בעל ציפה שלילית במים מתוקים.
• חפץ בעל ציפה שלילית או חיובית במים מלוחים יהפוך לציפה שלילית יותר כאשר מונח במים מתוקים - אך איננו יכולים לחזות אם הוא ישקע או יצוף ללא מידע נוסף.חפץ יחווה כוח חלש כלפי מעלה במים מתוקים מאשר במים מלוחים ויהיה פחות צף במים מתוקים. עם זאת, כדי לקבוע אם החפץ ישקע או יצוף, יש צורך לדעת את משקלו המדויק של החפץ ואת המשקל המדויק של המים שהוא עוקר.
• חפץ בעל ציפה שלילית או חיובית במים מתוקים יהפוך לציפה חיובית יותר כאשר מונח במים מלוחים - אך איננו יכולים לחזות אם הוא ישקע או יצוף ללא מידע נוסף.חפץ יחווה כוח כלפי מעלה חזק יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, ויהיה צף יותר במים מלוחים. עם זאת, כדי לקבוע אם החפץ ישקע או יצוף, יש צורך לדעת את משקלו המדויק של החפץ ואת המשקל המדויק של המים שהוא עוקר.

שקלול צוללן

ברור שצולל יהיה בעל ציפה חיובית יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים, ויצטרך להתאים את משקלו בהתאם. הצולל יצטרך לשאת יותר משקל במים מלוחים ממה שהוא יצטרך לשאת במים מתוקים. כמות המשקל שעל הצולל לשאת תלויה במגוון גורמים, כולל מסת הגוף שלו, הגנת החשיפה שלו, סוג המיכל שהוא נושא וציוד הצלילה שלו.

חגורת המשקולות של צוללן היא רק אחוז קטן ממשקלו הכולל; משקל גופו, הטנק וציוד הצלילה תורמים אף הם למשקלו ולכוח כלפי מטה על גופו. צוללים מחליפים לעתים קרובות חליפות צלילה (או חליפות יבשות) וציוד אחר בעת החלפת מיקומי צלילה, והכוח כלפי מעלה על הצולל עשוי להשתנות בהתאם לגורמים הללו, כמו גם לפי סוג המים.

אי אפשר לחזות את שינוי המשקל הדרוש לצולל אינדיבידואלי מבלי לדעת את תזוזת המים שלו, משקלו הכולל ואת מליחות המים בהם הוא יצלול. הדרך הקלה ביותר עבור צולל לקבוע שקלול תקין היא לבצע בדיקת ציפה בכל פעם. מעבר בין מים מתוקים למלוחים, ובכל פעם שהוא מחליף חלק מציוד הצלילה שלו. עם זאת, בהתחשב בכך שכל הגורמים נשארים זהים פרט לסוג המים, ייתכן שצולל יצטרך כמעט להכפיל את משקלו בעת מעבר ממים מתוקים למים מלוחים או להקטין אותו בחצי בעת מעבר ממלח למים מתוקים.

שיקולים נוספים

כדי להפוך את העניינים למורכבים יותר, המליחות של מי המלח משתנה ברחבי העולם. מקווי מים מסוימים עשויים להיות מלוחים יותר מאחרים. כמובן, צולל יהיה צף חיובי יותר במים מלוחים יותר. המשקל הממוצע של רגל מעוקב של מים מלוחים הוא 64.1 ק"ג, אבל בים המלח, רגל מעוקב של מים שוקל כ-77.3 ק"ג! צוללן יהיה בעל ציפה משמעותית יותר בים המלח.

הטמפרטורה משפיעה גם על צפיפות המים. מים קרים צפופים יותר ממים חמים. המים מגיעים לצפיפות המקסימלית שלהם ב-39.2 מעלות צלזיוס בערך, וצולל שיצא למים קרים מאוד עשוי להבחין שהוא בעל ציפה שלילית קצת יותר מאשר במים חמים יותר.

אתרי צלילה רבים דורשים מהצולל לעבור דרך שכבות של טמפרטורות מים שונות (תרמוקלינים) או שכבות של מליחות שונות (הלוקלינים). צולל שנע בין השכבות הללו יבחין בשינויים בציפה שלו.

עצמים (כגון צוללנים) יהיו צפים יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים. חיזוי כושר הציפה של צולל מחייב לדעת את משקלו הכולל, כולל ציוד, וכן את משקל המים שהוא עוקר. הרבה יותר קל לבצע בדיקת ציפה לפני צלילה מאשר לנסות לקבוע מתמטית את כמות המשקל שעל צולל לשאת. בנוסף, צוללנים המשתמשים במיכלי אלומיניום יצטרכו לשקול את עצמם כדי לקזז את שינוי הציפה של המיכל במהלך צלילה; מיכל אלומיניום יהפוך לצוף חיובי יותר ככל שהוא יתרוקן.