02. FACTORS AFFECTING BUOYANCY

السبب وراء غرق سبيكة الحديد والسفينة المبنية من الحديد تطفو تم وصفه بواسطة مبدأ و نظرية أرخميدس. أرخميدس، وهو عالم من سيراكيوز بإيطاليا، شرح نظريا أن “أي جسم مغمور، كليًا أو جزئيًا، في السائل يدفع إلى الأعلى بقوة تساوي وزن السائل المزاح بواسطة الجسم”.
ويقال أن أرخميدس طور هذه النظرية أثناء وجوده في حوض الاستحمام، وأنه بعد أن وضع أساسيات المبدأ في ذهنه، ركض عارياً في شوارع المدينة وهو يصرخ “وجدتها!” يوريكا! لقد اكتشفت ذلك! لقد وجدته!”
يمكننا أن نستنتج من مبدأ أرخميدس أن الجسم المغمور الذي يزيح كمية من الماء يزيد وزنها عن الجسم نفسه يتمتع بطفو إيجابي. وبعبارة أخرى، يطفو الكائن.
عندما يكون وزن الماء المزاح مساويًا لوزن الجسم، يكون للجسم طفو محايد، ولا ينزل للاسفل ولا يصعد للاعلي.
إذا كان وزن الماء المزاح أقل من وزن الجسم، فإن الجسم يتمتع بطفو سلبي وسوف ينزل للاسفل( يغرق).
تعتمد قوة طفو السائل على كثافة السائل؛ كتلته لكل وحدة حجم على سبيل المثال، تبلغ كثافة المياه العذبة 1.0 كجم لكل سنتيمتر مكعب (حوالي 1 لتر) أو 62.4 رطل لكل قدم مكعب. ومع تساوي جميع العوامل، فإن مياه البحر أثقل؛ تبلغ كثافته 1.026 كجم لكل سنتيمتر مكعب أو 64 رطلاً لكل قدم مكعب، أي أثقل بنسبة ثلاثة بالمائة تقريبًا.
لنأخذ مثالا لذلك و لنفهم مدى تأثير هذا الاختلاف على كمية الأوزان و الاثقال التي نستخدمها في رياضة الغوص. عند الغوص، سيتحرك الغواص البالغ ذو البنية المتوسطة حوالي 80 لترًا / 21 جالونًا من الماء ويحصل على قدرة طفو تبلغ حوالي 80 كجم / 176 رطلاً في المياه العذبة وحوالي 82 كجم / 181 رطلاً في المياه المالحة. عندما ينتقل الغواص من حوض السباحة إلى الغوص في المحيط، يجب عليه بعد ذلك إضافة ما لا يقل عن 2 كجم / 5 رطل من الأوزان ليتمكن من النزول المتذن في المياة.
ويتضح الفرق في قدرة الطفو عند الغواص عندما ينتقل الغواص من المياه العذبة إلى المياه المالحة، حيث سيكون الغواص أكثر قدرة على الطفو في المياه المالحة. ومع ذلك، فإن كثافة جسم المياه المالحة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالملوحة الفعلية للمياه. لذلك ليس من غير المألوف أن يتغير طفو الغواص بين المسطحات المائية.
وخير مثال على هذا الاختلاف هو البحر الميت، حيث لا يتم تعويض تبخر الماء عن طريق الأمطار ولا يتم تجديده بواسطة الروافد. لذالك فإن الملوحة النسبية عالية جدًا. في الواقع، الوزن لكل حجم من مياه البحر الميت أعلى من أي جسم مائي آخر في العالم. غالبًا ما يتفاجأ الأشخاص الذين يزورون البحر الميت عندما يجدون أنهم يستطيعون الطفو في الماء كما لو كانوا يجلسون على كرسي بذراعين، وأقدامهم فوق السطح وأذرعهم بجانبهم.
ويرجع ذلك إلى مبدأ و نظرية أرخميدس القائل بأنه يجب على الغواصين، في معظم الظروف، ارتداء حزام الأثقال حتى يتمكنوا من القدرة علي الغوص
يكون جسم الإنسان العادي، عند غمره او نزولة في الماء، قابلاً للطفو بشكل محايد إلى حد ما. عند ارتداء معدات الغوص الكاملة و (باستثناء الوزن الإضافي)، يصبح الغواص في حاله طفوًا إيجابيًا بسبب الإزاحة المتزايدة الناتجة عن بدلة الغوص وجهاز التحكم في الطفو (BCD)، وبالتالي لا يتمكن من الغوص تحت سطح المياة.
حتى الوزن الإضافي للأسطوانة الكاملة لا يكفي لتعويض زيادة الطفو الموجب
إن إضافة الأوزان للغواص ، إما إلى حزام الاوزان أو نظام الوزن المدمج في BCD، يساعد الغواص على تعويض الطفو الموجب الإضافي، والعودة إلى وضع الطفو المحايد.
عندما يبدأ الغواص في النزول تحت المياة ، تظهر قوانين فيزيائية إضافية تؤثر بشكل أكبر على حاله طفو الغواص. يسمح استخدام BCD للغواص بضبط طفوه أثناء وجوده تحت الماء لإدارة موقعه من البيئة المحيطة حوله
سيكون الغواص ذو الاوزن المناسبة قد أضاف وزنًا كافيًا له ليكون قادرًا على الطفو بشكل محايد أثناء وجوده على سطح المياة. بسبب تأثيرات قاعدة وقانون بويل – الذي ينص على أن الضغط يتناسب عكسيا مع الحجم، فعندما ينزل الغواص لاعماق اكثر ويزداد مقدار الضغط الذي يتعرض له، فإنه سيصبح في حاله طفو سالب اكثر.
و من أجل مواجهة الزيادة في الضغط المحيط والانخفاض في حجم جميع الفراغات الهوائية و انضغاط المعدات ، يجب على الغواص زيادة حجمه الإجمالي عن طريق إضافة الهواء لجهاز التحكم في الطفو الخاص به (BCD)
بالإضافة إلى القوانين الفيزيائية المؤثرة علي الغواص، هناك عوامل أخرى، قد لا تكون واضحة، تؤثر أيضًا على حاله طفو الغواص. على سبيل المثال، قد تؤدي الحركات الطفيفة اثناء الغوص، سواء كانت طوعية أو غير طوعية، إلى تغيير شكل ثبات الغواص وقدرته على التحكم بالطفو. كما أن التنفس (الشهيق والزفير) يغيران خصائص رئتي الغواص(رئة ممتلئة او فارغة)، مما يتسبب في نزول وصعود الغواص قليلاً اثناء الغوص،
في الواقع، قبل أن يصبح استخدام جهاز التحكم بالطفو (BCD) سائدًا، كان الغواصون يعتمدون فقط على رئاتهم للحصول على حالات الطفو اثناء الغوص
نحن كغواصين، نحاول في الأساس تقليد حياة الأسماك. هناك الكثير الذي يمكننا تعلمه وتطبيقه على تقنيات الغوص لدينا من خلال مراقبة تصرفات الأسماك في بيئتها الطبيعية. على سبيل المثال، الأسماك دقيقة للغاية في حركتها في المياة. من حيث يقومون بإجراء تعديلات على حاله الطفو بالتنناسق مع دفعهم للأمام بأقل قدر من الجهد المطلوب.
ومن ناحية أخرى، عند مراقبة الغواص في الماء، سنلاحظ على الفور عدد الحركات الإضافية التي يؤديها مقابل كل حركة بسيطة يرغب في تنفيذها. وهذا يعني أن الغواص يتحرك كثيرًا بشكل عام.
ومع ذلك، فإن كلا من الغواصين والأسماك مجهزان بأدوات مماثلة: اجهزة السباحة و الخياشيم والزعانف الدافعة في حالة الأسماك والرئتين والزعانف الدافعة في حالة الغواصين. يكمن الاختلاف بشكل أساسي في كيفية تفاعل و تعامل الاثنين مع البيئة المحيطة: الماء.
الماء أكثر كثافة 700-800 مرة من الهواء. وعلى هذا النحو، تعد الحركة في الماء مهمة شاقة أكثر بكثير مما هي عليه على الارض.
لم يتم تصميم جسم الإنسان لتحقيق الكفاءة في الماء، وعندما نرتدي معدات الغوص، فإننا نخلق قدرًا كبيرًا من السحب الإضافي و الطفو السالب. لذلك، يصبح من الضروري تحسين وضعنا في الماء حتى نتمكن من الاستفادة من كل عمل قوي نقوم به.
مرة أخرى، من خلال مراقبة الأسماك، نرى أنها تحسن من توفير طاقتها من خلال القدرة علي الطفو المثالي. فهذا يسمح لهم باستخدام طاقة حركتهم للتحرك للأمام ومن جانب إلى جنب آخر، بدلاً من البقاء على نفس العمق. لمحاكاة حركة الأسماك، يقوم الغواصون بتحسين و توفير كميه الجهد المبزول باستخدام جهاز التحكم بالطفو ( BCD) والتنفس و استخدام رئتيهم لإنشاء والحفاظ على طفو مثالي طوال فترة الغوص.
وبالتالي، يمكن أن نستنتج أن العوامل التي تؤثر على حاله طفو الغواص هي مزيج من القوانين الفيزيائية التي يتعرض لها بالإضافة إلى الحركات التي يقوم بها أثناء الغوص

 

 

M

Advanced Open Water Diver