Συγγραφέας: Λιανός Παναγιώτης (ΑΡΧΕΙΟ DEEP MAGAZINE)
Πλευστότητα
Εισαγωγή.
Στο πρώτο μέρος της σειράς των άρθρων για τις εξισώσεις (τεύχος 12), είχαμε αναφερθεί στους αεροφόρους χώρους (φυσικούς και τεχνητούς) και πως αυτοί επηρεάζονται από το Νόμο του Robert Boyle. Είχαμε δει τον τρόπο που επιδρά μεταξύ άλλων στο μέσο αυτί και πώς προκύπτει η ανάγκη της εξίσωσης της πιέσεως. Στο άρθρο αυτό θα ασχοληθούμε με τον τρόπο που επιδρά ο ίδιος νόμος στο υπόλοιπο σώμα μας, πως αλλάζει η συμπεριφορά μας μέσα στο νερό και τι επίπτωση έχει αυτό στην τεχνική μας.
Μάζα.
Με απλά λόγια, μάζα ενός σώματος είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται στο σώμα αυτό.
Βάρος.
Βάρος ενός σώματος είναι η δύναμη με την οποία η γη έλκει το σώμα (δηλαδή τη μάζα του). Συνεπώς αν πάρουμε ένα σώμα από τη γη και το πάμε στη σελήνη, δεν αλλάζει η μάζα του, αλλά μικραίνει το βάρος του. Δεν πρέπει να συγχέουμε το βάρος με την μάζα, είναι διαφορετικά πράγματα.
Όγκος.
Ο όγκος ενός σώματος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει αυτό το σώμα και μετριέται σε λίτρα.
Άνωση.
Κάθε σώμα που βυθίζεται σε ένα υγρό δέχεται άνωση. Η δύναμη της άνωσης είναι ίση με το βάρος του υγρού που εκτοπίζει το βυθιζόμενο σώμα και έχει κατεύθυνση αντίθετη με το βάρος.
Πλευστότητα.
Η πλευστότητα ενός σώματος δείχνει την τάση που έχει ένα σώμα να βυθιστεί, να επιπλεύσει ή να μείνει ακίνητο σε ένα βάθος. Βρίσκεται από τον τύπο: Π=Α-Β, όπου Π η πλευστότητα, Α η άνωση και Β το βάρος του σώματος. Πάμε τώρα να τα δούμε όλα μαζί.
Αρνητική πλευστότητα.
Έστω ένα στέρεο αντικείμενο βάρους 5 κιλών και όγκου 2 λίτρων. Παίρνουμε και ένα δοχείο εντελώς γεμάτο με νερό και βυθίζουμε σταδιακά το αντικείμενο μέσα στο νερό. Καθώς το σώμα βυθίζεται, εκτοπίζει μια ποσότητα νερού και επειδή το δοχείο ήταν γεμάτο, η ποσότητα αυτή του νερού χύνεται έξω από αυτό. Εμείς συλλέγουμε το νερό αυτό που σταδιακά χύνεται και μόλις το σώμα βυθιστεί εντελώς μέσα στο νερό, παίρνουμε μια ζυγαριά και ζυγίζουμε το νερό που έχει χυθεί. Μπορείτε να μαντέψετε εύκολα ότι επειδή το σώμα είχε όγκο 2 λίτρων, τον ίδιο όγκο θα έχει και το νερό που θα έχει εκτοπιστεί. Και αν το ζυγίσουμε, θα βρούμε ότι ζυγίζει 2 κιλά, μιας και πρόκειται για καθαρό νερό. Άρα το σώμα που βυθίσαμε δεν έχει αλλάξει σε όγκο (είναι στέρεο αντικείμενο) και φυσικά ούτε το βάρος του θα έχει αλλάξει, μιας και δεν άλλαξε η μάζα του. Όμως πλέον, εκτός από τα 5 κιλά με τα οποία το έλκει η γη, ασκείται πάνω του και άνωση ή οποία έχει αντίθετη κατεύθυνση από το βάρος, και μέγεθος 2 κιλά (όσο δηλαδή το βάρος του νερού που εκτοπίστηκε. Συνεπώς αν μπορούσαμε να ζυγίσουμε το σώμα αυτό μέσα στο νερό, θα βλέπαμε ότι ζυγίζει 3 κιλά, μιας και από τα 5 κιλά του βάρους του, τα 2 αντισταθμίζονται από την άνωση που δέχεται μέσα στο νερό. Προσοχή, το βάρος του σώματος δεν έχει αλλάξει, παραμένει 5 κιλά. Απλά από τα 5 αυτά κιλά, τα 2 δεν τα «νιώθουμε». Και εφαρμόζοντας και τον
τύπο της πλευστότητας βρίσκουμε ότι
Π = Α – Β •
Π = 2 – 5 •
Π = -3
Άρα αν αφήσουμε το σώμα ελεύθερο, αυτό θα βυθιστεί με δύναμη 3 κιλών και θα φτάσει στον πυθμένα του δοχείου. Σε αυτή την περίπτωση, λέμε ότι το σώμα αυτό έχει αρνητική πλευστότητα.
Θετική πλευστότητα.
Έστω ένα παρόμοιο πείραμα αλλά τώρα ο όγκος του σώματος δεν είναι 2 λίτρα αλλά 7 λίτρα. Το βάρος είναι ίδιο, 5 κιλά. Αν βυθίσουμε και πάλι σταδιακά το σώμα στο νερό, το νερό που θα εκτοπιστεί, θα έχει όγκο 7 λίτρων. Συνεπώς το σώμα θα έχει βάρος 5 κιλά αλλά η άνωση που θα δέχεται θα είναι 7 λίτρα. Άρα εφαρμόζοντας τον τύπο της πλευστότητας μπορούμε εύκολα να βρούμε ότι το σώμα αυτό θα έχει Π = 2 δηλαδή θετικό μέγεθος. Συνεπώς αν το αφήσουμε ελεύθερο, ενώ ήταν βυθισμένο πλήρως, θα έχει την τάση να αναδυθεί.
Ουδέτερη πλευστότητα.
Για άλλη μια φορά επαναλαμβάνουμε το πείραμά μας αλλά αυτή τη φορά το σώμα έχει βάρος 5 κιλά και όγκο 5 λίτρα. Αν το βυθίσουμε πλήρως θα έχουμε Π = 0. Άρα το σώμα αυτό λέμε ότι έχει ουδέτερη πλευστότητα και αν το αφήσουμε ελεύθερο θα παρατηρήσουμε ότι ούτε θα βυθιστεί, ούτε θα αναδυθεί. Θα μείνει στο ίδιο βάθος που το είχαμε και πριν.
Παίζοντας με τα υγρά.
Όσοι από εσάς έχετε κολυμπήσει σε κολυμβητήριο, θα παρατηρήσατε ενδεχομένως ότι είναι κάπως πιο δύσκολο να επιπλεύσετε στην πισίνα από ότι είναι στη θάλασσα. Τι συμβαίνει εδώ; Ούτε το βάρος σας είναι διαφορετικό, ούτε ο όγκος σας. Γιατί λοιπόν να έχετε διαφορετική πλευστότητα;
Θυμηθείτε λίγο τον ορισμό της άνωσης. Εκεί είδαμε ότι το μέγεθος της άνωσης δεν εξαρτάται άμεσα από τον όγκο μας, αλλά από το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται. Άρα και στην πισίνα και στη θάλασσα, μπορεί να εκτοπίζει το σώμα σας τον ίδιο όγκο νερού, αλλά επειδή το θαλασσινό νερό είναι βαρύτερο (περιέχει συν τοις άλλοις και αλάτι) στη θάλασσα δεχόμαστε μεγαλύτερη άνωση, άρα επιπλέουμε ευκολότερα. Αντίθετα αν ήμασταν αρκετά διεστραμμένοι ώστε να δοκιμάσουμε να κολυμπήσουμε σε ένα δοχείο με λάδι (έστω ότι θα ήταν εξίσου ρευστό όσο και το νερό), μάλλον θα πηγαίναμε κατευθείαν στον πάτο, μιας και το λάδι είναι αρκετά ελαφρύτερο από το νερό και συνεπώς τα όποια λίτρα υγρού εκτοπίζουμε, θα μας προσέδιδαν πολύ λιγότερη άνωση και έτσι θα νιώθαμε «βαρύτεροι».
Πλευστότητα
Εισαγωγή.
Στο πρώτο μέρος της σειράς των άρθρων για τις εξισώσεις (τεύχος 12), είχαμε αναφερθεί στους αεροφόρους χώρους (φυσικούς και τεχνητούς) και πως αυτοί επηρεάζονται από το Νόμο του Robert Boyle. Είχαμε δει τον τρόπο που επιδρά μεταξύ άλλων στο μέσο αυτί και πώς προκύπτει η ανάγκη της εξίσωσης της πιέσεως. Στο άρθρο αυτό θα ασχοληθούμε με τον τρόπο που επιδρά ο ίδιος νόμος στο υπόλοιπο σώμα μας, πως αλλάζει η συμπεριφορά μας μέσα στο νερό και τι επίπτωση έχει αυτό στην τεχνική μας.
Μάζα.
Με απλά λόγια, μάζα ενός σώματος είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται στο σώμα αυτό.
Βάρος.
Βάρος ενός σώματος είναι η δύναμη με την οποία η γη έλκει το σώμα (δηλαδή τη μάζα του). Συνεπώς αν πάρουμε ένα σώμα από τη γη και το πάμε στη σελήνη, δεν αλλάζει η μάζα του, αλλά μικραίνει το βάρος του. Δεν πρέπει να συγχέουμε το βάρος με την μάζα, είναι διαφορετικά πράγματα.
Όγκος.
Ο όγκος ενός σώματος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει αυτό το σώμα και μετριέται σε λίτρα.
Άνωση.
Κάθε σώμα που βυθίζεται σε ένα υγρό δέχεται άνωση. Η δύναμη της άνωσης είναι ίση με το βάρος του υγρού που εκτοπίζει το βυθιζόμενο σώμα και έχει κατεύθυνση αντίθετη με το βάρος.
Πλευστότητα.
Η πλευστότητα ενός σώματος δείχνει την τάση που έχει ένα σώμα να βυθιστεί, να επιπλεύσει ή να μείνει ακίνητο σε ένα βάθος. Βρίσκεται από τον τύπο: Π=Α-Β, όπου Π η πλευστότητα, Α η άνωση και Β το βάρος του σώματος. Πάμε τώρα να τα δούμε όλα μαζί.
Αρνητική πλευστότητα.
Έστω ένα στέρεο αντικείμενο βάρους 5 κιλών και όγκου 2 λίτρων. Παίρνουμε και ένα δοχείο εντελώς γεμάτο με νερό και βυθίζουμε σταδιακά το αντικείμενο μέσα στο νερό. Καθώς το σώμα βυθίζεται, εκτοπίζει μια ποσότητα νερού και επειδή το δοχείο ήταν γεμάτο, η ποσότητα αυτή του νερού χύνεται έξω από αυτό. Εμείς συλλέγουμε το νερό αυτό που σταδιακά χύνεται και μόλις το σώμα βυθιστεί εντελώς μέσα στο νερό, παίρνουμε μια ζυγαριά και ζυγίζουμε το νερό που έχει χυθεί. Μπορείτε να μαντέψετε εύκολα ότι επειδή το σώμα είχε όγκο 2 λίτρων, τον ίδιο όγκο θα έχει και το νερό που θα έχει εκτοπιστεί. Και αν το ζυγίσουμε, θα βρούμε ότι ζυγίζει 2 κιλά, μιας και πρόκειται για καθαρό νερό. Άρα το σώμα που βυθίσαμε δεν έχει αλλάξει σε όγκο (είναι στέρεο αντικείμενο) και φυσικά ούτε το βάρος του θα έχει αλλάξει, μιας και δεν άλλαξε η μάζα του. Όμως πλέον, εκτός από τα 5 κιλά με τα οποία το έλκει η γη, ασκείται πάνω του και άνωση ή οποία έχει αντίθετη κατεύθυνση από το βάρος, και μέγεθος 2 κιλά (όσο δηλαδή το βάρος του νερού που εκτοπίστηκε. Συνεπώς αν μπορούσαμε να ζυγίσουμε το σώμα αυτό μέσα στο νερό, θα βλέπαμε ότι ζυγίζει 3 κιλά, μιας και από τα 5 κιλά του βάρους του, τα 2 αντισταθμίζονται από την άνωση που δέχεται μέσα στο νερό. Προσοχή, το βάρος του σώματος δεν έχει αλλάξει, παραμένει 5 κιλά. Απλά από τα 5 αυτά κιλά, τα 2 δεν τα «νιώθουμε». Και εφαρμόζοντας και τον
τύπο της πλευστότητας βρίσκουμε ότι
Π = Α – Β •
Π = 2 – 5 •
Π = -3
Άρα αν αφήσουμε το σώμα ελεύθερο, αυτό θα βυθιστεί με δύναμη 3 κιλών και θα φτάσει στον πυθμένα του δοχείου. Σε αυτή την περίπτωση, λέμε ότι το σώμα αυτό έχει αρνητική πλευστότητα.
Θετική πλευστότητα.
Έστω ένα παρόμοιο πείραμα αλλά τώρα ο όγκος του σώματος δεν είναι 2 λίτρα αλλά 7 λίτρα. Το βάρος είναι ίδιο, 5 κιλά. Αν βυθίσουμε και πάλι σταδιακά το σώμα στο νερό, το νερό που θα εκτοπιστεί, θα έχει όγκο 7 λίτρων. Συνεπώς το σώμα θα έχει βάρος 5 κιλά αλλά η άνωση που θα δέχεται θα είναι 7 λίτρα. Άρα εφαρμόζοντας τον τύπο της πλευστότητας μπορούμε εύκολα να βρούμε ότι το σώμα αυτό θα έχει Π = 2 δηλαδή θετικό μέγεθος. Συνεπώς αν το αφήσουμε ελεύθερο, ενώ ήταν βυθισμένο πλήρως, θα έχει την τάση να αναδυθεί.
Ουδέτερη πλευστότητα.
Για άλλη μια φορά επαναλαμβάνουμε το πείραμά μας αλλά αυτή τη φορά το σώμα έχει βάρος 5 κιλά και όγκο 5 λίτρα. Αν το βυθίσουμε πλήρως θα έχουμε Π = 0. Άρα το σώμα αυτό λέμε ότι έχει ουδέτερη πλευστότητα και αν το αφήσουμε ελεύθερο θα παρατηρήσουμε ότι ούτε θα βυθιστεί, ούτε θα αναδυθεί. Θα μείνει στο ίδιο βάθος που το είχαμε και πριν.
Παίζοντας με τα υγρά.
Όσοι από εσάς έχετε κολυμπήσει σε κολυμβητήριο, θα παρατηρήσατε ενδεχομένως ότι είναι κάπως πιο δύσκολο να επιπλεύσετε στην πισίνα από ότι είναι στη θάλασσα. Τι συμβαίνει εδώ; Ούτε το βάρος σας είναι διαφορετικό, ούτε ο όγκος σας. Γιατί λοιπόν να έχετε διαφορετική πλευστότητα;
Θυμηθείτε λίγο τον ορισμό της άνωσης. Εκεί είδαμε ότι το μέγεθος της άνωσης δεν εξαρτάται άμεσα από τον όγκο μας, αλλά από το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται. Άρα και στην πισίνα και στη θάλασσα, μπορεί να εκτοπίζει το σώμα σας τον ίδιο όγκο νερού, αλλά επειδή το θαλασσινό νερό είναι βαρύτερο (περιέχει συν τοις άλλοις και αλάτι) στη θάλασσα δεχόμαστε μεγαλύτερη άνωση, άρα επιπλέουμε ευκολότερα. Αντίθετα αν ήμασταν αρκετά διεστραμμένοι ώστε να δοκιμάσουμε να κολυμπήσουμε σε ένα δοχείο με λάδι (έστω ότι θα ήταν εξίσου ρευστό όσο και το νερό), μάλλον θα πηγαίναμε κατευθείαν στον πάτο, μιας και το λάδι είναι αρκετά ελαφρύτερο από το νερό και συνεπώς τα όποια λίτρα υγρού εκτοπίζουμε, θα μας προσέδιδαν πολύ λιγότερη άνωση και έτσι θα νιώθαμε «βαρύτεροι».