Daya apung dalam air asin vs air tawar untuk scuba diving

Sebuah objek lebih ringan di air asin daripada di air tawar, tapi mengapa? Daya apung suatu objek ditentukan oleh dua kekuatan:

Gaya ke bawah: sama dengan berat benda
Gaya ke atas: sama dengan berat air yang dipindahkan benda (ini dikenal sebagai Prinsip Archimedes)

Kekuatan ke atas dan ke bawah bekerja saling bertentangan. Sebagai hasil dari kekuatan-kekuatan ini, objek akan mengapung, tenggelam, atau tetap tergantung di dalam air. Daya apung objek dapat dijelaskan dalam satu dari tiga cara:

Negatif Buoyant: Berat benda lebih besar dari berat air yang dipindahkan. Objek akan tenggelam.
Positif Buoyant: Berat benda kurang dari berat air yang dipindahkan. Objek akan mengambang.
Netral Buoyant: Berat benda persis sama dengan berat air yang dipindahkan. Objek akan tetap ditangguhkan di tengah air dan tidak akan mengambang atau tenggelam.

Air Garam Menimbang Lebih Dari Air Tawar

Satu kaki kubik air garam memiliki berat (rata-rata) 64, 1 lbs, sementara satu kaki kubik air tawar hanya berbobot 62, 4 lbs. Alasan perbedaan berat adalah karena air garam telah larut dalam garam.

Melarutkan garam dalam air meningkatkan kepadatan air, atau massa per unit volume. Ketika garam ditambahkan ke air, ia bereaksi dengan molekul air, membentuk ikatan kutub dengan air yang menyusun kembali molekul garam dan air dengan efek yang tidak biasa:

Garam inci inci yang ditambahkan ke volume air tidak akan meningkatkan volume air sampai inci kubik. Penjelasan yang sederhana adalah bahwa molekul-molekul air mengemas diri mereka dengan kuat di sekitar molekul-molekul garam - terjepit lebih dekat satu sama lain daripada ketika garam tidak ada. Ketika satu inci kubik garam ditambahkan ke volume air, volume air meningkat kurang dari satu inci kubik.

Satu kaki kubik air garam memiliki lebih banyak molekul di dalamnya daripada satu kaki kubik air tawar dan, karenanya, memiliki berat lebih.

Ingatlah bahwa Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya ke atas pada objek yang terendam sama dengan berat air yang dipindahkan. Air asin memiliki berat lebih dari air tawar, sehingga memberikan gaya ke atas yang lebih besar pada objek yang terendam. Objek yang memindahkan kaki kubik air tawar akan mengalami gaya ke atas 62, 4 lbs, sedangkan objek yang sama dalam air garam akan mengalami gaya ke atas 64, 1 lbs.

Mengubah Antara Air Tawar dan Air Garam

Pada titik ini, dimungkinkan untuk membuat beberapa prediksi umum tentang daya apung objek (atau penyelam) ketika dipindahkan dari air tawar ke air asin dan sebaliknya. Pertimbangkan kasus-kasus berikut:

Objek yang mengapung netral di air tawar akan mengambang ketika ditempatkan di air garam. Dalam air tawar, berat benda persis sama dengan berat air yang dipindahkan, dan gaya ke bawah dan ke atas pada objek sama. Ketika objek dipindahkan ke air garam, berat air yang dipindahkan akan meningkat dan gaya ke atas akan lebih besar dari gaya ke bawah. Objek akan mengapung positif dalam air garam.
Objek yang mengapung netral di air garam akan tenggelam ketika ditempatkan di air tawar. Dalam air garam, berat benda persis sama dengan berat air yang dipindahkannya, dan gaya ke atas dan ke bawah pada benda itu sama. Ketika objek dipindahkan ke air tawar, berat air yang dipindahkan akan berkurang, dan gaya ke bawah pada objek akan lebih besar daripada gaya ke atas. Objek akan mengapung negatif di air tawar.
Sebuah objek yang memiliki daya apung negatif atau positif dalam air garam akan menjadi lebih negatif ketika ditempatkan di air tawar - tetapi kita tidak dapat memperkirakan apakah ia akan tenggelam atau mengambang tanpa informasi lebih lanjut. Suatu benda akan mengalami gaya ke atas yang lebih lemah di air tawar daripada di air garam dan akan kurang apung di air tawar. Namun, untuk menentukan apakah benda itu akan tenggelam atau mengambang, perlu diketahui berat pasti benda itu dan berat air yang dipindahkannya.

Sebuah objek yang memiliki daya apung negatif atau positif dalam air tawar akan menjadi lebih positif ketika diletakkan di air asin - tetapi kita tidak dapat memperkirakan apakah ia akan tenggelam atau mengambang tanpa informasi lebih lanjut. Suatu benda akan mengalami gaya ke atas yang lebih kuat dalam air garam daripada di air tawar, dan akan lebih ringan di air asin. Namun, untuk menentukan apakah benda itu akan tenggelam atau mengambang, perlu diketahui berat pasti benda itu dan berat air yang dipindahkannya.

Weighting a Scuba Diver

Jelas bahwa seorang penyelam akan lebih positif mengapung di air asin daripada dia akan berada di air tawar, dan perlu menyesuaikan bobotnya. Penyelam harus membawa lebih banyak berat dalam air garam daripada dia harus membawa dalam air tawar. Jumlah berat yang harus dibawa penyelam akan tergantung pada berbagai faktor, termasuk massa tubuhnya, perlindungan terhadap paparannya, jenis tangki yang dibawanya, dan peralatan menyelamnya.

Sabuk berat penyelam hanya sebagian kecil dari berat totalnya; berat badannya, tangki dan alat selam juga berkontribusi pada berat dan kekuatan ke bawah pada tubuhnya. Penyelam sering kali mengganti pakaian selam (atau pakaian kering) dan peralatan lainnya ketika mengubah lokasi penyelaman, dan kekuatan ke atas pada penyelam dapat bervariasi sesuai dengan faktor-faktor ini, serta sesuai dengan jenis air.

Mustahil untuk memprediksi perubahan berat yang diperlukan untuk penyelam individu tanpa mengetahui perpindahan airnya, berat total, dan salinitas air yang akan dia selami. Cara termudah bagi penyelam untuk menentukan bobot yang tepat adalah dengan melakukan tes daya apung setiap kali beralih antara air tawar dan air asin, dan setiap kali dia mengganti alat selamnya. Namun, mengingat bahwa semua faktor tetap sama kecuali untuk jenis air, seorang penyelam mungkin harus hampir dua kali lipat beratnya ketika pindah dari air tawar ke air garam atau membagi dua ketika mengubah dari garam ke air tawar.

Pertimbangan Tambahan

Untuk membuat masalah menjadi lebih rumit, salinitas air garam bervariasi di seluruh dunia. Beberapa badan air mungkin lebih asin daripada yang lain. Tentu saja, seorang penyelam akan lebih positif mengapung di air asin. Berat rata-rata satu kaki kubik air garam adalah 64, 1 lbs, tetapi di Laut Mati, satu kaki kubik air memiliki berat sekitar 77, 3 lbs! Seorang penyelam akan secara signifikan lebih apung di Laut Mati.

Temperatur juga memengaruhi kepadatan air. Air dingin lebih padat dari air hangat. Air mencapai kerapatan maksimumnya sekitar 39, 2 ° F, dan seorang penyelam yang menjelajah ke air yang sangat dingin mungkin memperhatikan bahwa ia sedikit lebih apung secara negatif daripada di air yang lebih hangat.

Banyak lokasi penyelaman membutuhkan penyelam untuk bergerak melalui lapisan suhu air yang berbeda (termoklin) atau lapisan salinitas berbeda (haloklin). Seorang penyelam yang bergerak di antara lapisan-lapisan ini akan melihat perubahan daya apungnya.

Objek (seperti penyelam) akan lebih ringan di air asin daripada di air tawar. Memprediksi daya apung penyelam membutuhkan mengetahui berat totalnya, termasuk peralatan, serta berat air yang dipindahkan. Jauh lebih mudah untuk melakukan pemeriksaan daya apung sebelum menyelam daripada mencoba secara matematis menentukan jumlah berat yang harus dibawa oleh seorang penyelam. Selain itu, penyelam yang menggunakan tangki aluminium perlu menimbang diri mereka sendiri untuk mengimbangi perubahan daya apung tangki selama menyelam; tangki aluminium akan menjadi lebih positif mengapung saat dikosongkan.