Neutrální vztlak - Neutral buoyancy
Neutrální vztlak nastává, když se průměrná hustota objektu rovná hustotě kapaliny, do které je ponořen, což má za následek, že vztlaková síla vyvažuje gravitační sílu, která by jinak způsobila potopení objektu (pokud je hustota těla větší než hustota kapaliny, do které je ponořena) nebo stoupat (pokud je menší). Objekt, který má neutrální vztlak, se ani nepotopí, ani nezvedne.
Při potápění je důležitá dovednost udržovat neutrální vztlak pomocí řízeného dýchání, přesného vážení a řízení kompenzátoru vztlaku. Potápěč udržuje neutrální vztlak kontinuální korekcí, obvykle řízeným dýcháním, protože neutrální vztlak je nestabilní stav pro stlačitelný předmět v kapalině.
Dějiny
Matematik Archimedes objevil mnoho z toho, jak vztlak funguje před více než 2000 lety. Ve svém výzkumu Archimedes zjistil, že předmět je povzbuzován silou rovnající se hmotnosti vody vytlačené objektem. Jinými slovy, nafukovací člun, který vytlačí 45 kilogramů vody, je podpořen stejnou váhou podpory. Objekt, který se vznáší ve vodě, je znám jako pozitivně vztlakový. Objekt, který klesá ke dnu, má negativní vztlak, zatímco předmět, který se vznáší na stejné úrovni ve vodě, má neutrální vztlak. Vědci později objevili způsob, jak manipulovat vztlak a vyvinul zařízení, jako jsou záchranné vesty , která je naplněná stlačeným vzduchem a přispívá ke snížení průměrné hustoty člověka, pomáhá při plovoucí a plavání, stejně jako určité potápěčského vybavení (včetně ponorky a ponorky ), které mají vzduchové komory podobné plaveckým močovým měchýřům k regulaci hloubky.
Použití
Vztlak je důležitý v mnoha oblastech. Lodě, lodě a hydroplány jsou konstruovány tak, aby zůstaly na hladině. Ponorky mají regulovatelný vztlak, aby se ponořily a vzrostly na vyžádání. Mnoho objektů byly vyvinuty s vztlakem na paměti, jako je například záchranných a pontony .
Vztlak je nezbytný pro většinu vodních sportů . Mnoho plavců ví, že existují jednoduché způsoby, jak se vznášet na hladině, například ležet na zádech nebo zadržet dech. Vztlak je patrný, když se plavec pokusí ponořit na dno bazénu, což může vyžadovat úsilí. Potápěči pracují s mnoha problémy se vztlakem, protože potápěči musí vědět, jak plavat, viset a potápět se ve vodě. Potápěči často nosí olověná závaží, aby potlačili pozitivní vztlak svých těl a vybavení.
Plyny jsou také kapaliny, a proto mohou být předměty plovoucí ve vzduchu také oříznuty tak, aby neutrálně vznášely. Horkovzdušný balón, který se ani nepotápí, ani nestoupá, využívá nižší hustotu horkého vzduchu ve srovnání s hustotou okolního vzduchu, aby vytvořil dostatečný tah pro vyvážení hmotnosti koše a jeho obsahu.
Simulace mikrogravitace
Neutrální vztlak se hojně používá při výcviku astronautů při přípravě na práci v mikrogravitačním prostředí vesmíru. NASA a ruský vesmírný program udržují zařízení, ve kterých vhodní účastníci astronautů spolupracují s maketou vesmírného hardwaru, za pomoci potápěčů. V laboratoři vesmírných systémů University of Maryland se neutrální vztlak tanku podobně používá k hodnocení výkonu prototypů vesmírných robotů.
Vlastnosti
Když probíhá neutrální vztlak, vypadá to, jako by předmět / látka plávala uprostřed kapaliny nebo někde mezi dnem a povrchem.
Vzhled v přírodě
A ryby ‚s plavat měchýře ovládací vztlak nastavením množství plynu v plavání močového měchýře, což umožňuje dosažení neutrálního vztlaku v různých hloubkách. Když se celková hustota ryby zvýší nebo sníží než okolní voda v důsledku změny objemu plaveckého měchýře po výstupu nebo sestupu, může tento rozdíl v průběhu času napravit fyziologickým procesem zahrnujícím řízenou absorpci a eliminaci plynů prostřednictvím krevního oběhu, žábry a žláza přiléhající k plaveckému měchýři.
Lidský mozek vykazuje přibližně neutrální vztlak v důsledku své suspenze v mozkomíšním moku . Skutečná hmotnost lidského mozku je asi 1400 gramů; čistá hmotnost mozku zavěšeného v mozkomíšním moku je ekvivalentní hmotnosti 25 gramů. Mozek proto existuje v téměř neutrálním vztlaku, který mu umožňuje udržovat jeho hustotu, aniž by byl narušen svou vlastní hmotností, což by přerušilo přívod krve a zabilo neurony v dolních částech.
Hustota každodenních látek (v g / cm 3 )
| Voda | Led (0 ° C) | Ocet | Slaná voda | Mléko (odstředěné) |
|---|---|---|---|---|
| 1,00 | 0,917 | 1.01 | 1,03 | 1,033 |
Viz také
- Vztlak - vzestupná síla, která působí proti hmotnosti předmětu ponořeného do tekutiny
- Simulace neutrálního vztlaku jako výcviková pomůcka - výcvik astronautů v neutrálním prostředí vztlaku
- Kategorie: Zařízení pro neutrální vztlak