तैरना: घनत्व और उत्प्लावन
घनत्व बताता है कि हर घन मीटर में कितना द्रव्यमान है। समुद्री पानी का घनत्व लगभग 1025 kg/m³ है। कोई चीज़ तब तैरती है जब उसका घनत्व पानी से कम हो। पानी के अंदर वाला हिस्सा है
पानी में डूबा भाग = वस्तु का घनत्व ÷ पानी का घनत्व
600 kg/m³ की लकड़ी अपनी ऊँचाई का 600 ÷ 1025 = 59% डूबती है। 1025 या उससे ज़्यादा घनत्व की चीज़ डूबती है (ठीक 1025 पर वह पूरी पानी के अंदर लटकी रहती है)। मीठे पानी का घनत्व 1000 है, इसलिए वही लकड़ी नदी में थोड़ा नीचे बैठती है।
स्टील का जहाज़ इसलिए तैरता है क्योंकि उसका खोखला ढाँचा हवा भरे है, जिससे जहाज़ और हवा का औसत घनत्व पानी से कम हो जाता है।
गहराई पर पानी का दाब
पानी का वज़न होता है। जितना गहरे जाओ, ऊपर उतना ज़्यादा पानी होता है, इसलिए दाब ज़्यादा होता है।
P = P0 + ρ × g × h
P0 सतह पर हवा का दाब है (101.3 kPa)। ρ घनत्व है (1025 kg/m³), g = 9.81 m/s², h गहराई है। ρg ≈ 10.05 kPa प्रति मीटर, इसलिए हर 10 m पर लगभग 100 kPa जुड़ता है, यानी लगभग एक और वायुमंडल।
30 m पर: P = 101.3 + 10.05 × 30 ≈ 403 kPa, हवा के दाब का चार गुना। पानी के नीचे के कैमरे, ROV और गोताखोरी की पोशाक इसी हिसाब से बनती हैं।
लंगर डालना और नाव बाँधना
लंगर समुद्र तल में धँसकर नाव को रोकता है। वह सबसे अच्छा तब पकड़ता है जब खिंचाव तल के समानांतर हो। लंबी रस्सी या चेन खिंचाव को समानांतर बनाती है।
स्कोप = रस्सी की लंबाई ÷ पानी की गहराई
सामान्य नियम है: शांत मौसम में स्कोप कम से कम 3, और हवा या उबड़-खाबड़ पानी में 5 या ज़्यादा। 10 m पानी में इसका मतलब 30 m या ज़्यादा रस्सी। लंगर के सिरे पर भारी चेन का टुकड़ा जोड़ो। बहुत छोटी रस्सी लंगर को उठा देती है और नाव घिसटती है।
जंग और बलिदानी एनोड
खारा पानी स्टील में जल्दी जंग लगाता है (संक्षारण), क्योंकि नमक बिजली के बहाव में मदद करता है। रंग-रोगन इसे धीमा करता है। एक और तरीका है बलिदानी एनोड: स्टील से कसा ज़िंक या एल्युमिनियम का टुकड़ा। ज़िंक जल्दी गलने को ज़्यादा तैयार रहता है, इसलिए वही पहले खाया जाता है और स्टील बचा रहता है। ज़िंक जब लगभग ख़त्म हो जाए तो बदल देते हैं।
करके देखो
बाल्टी में पानी भरो। लकड़ी, मोमबत्ती और पत्थर एक-एक करके डालो और देखो कौन ऊँचा बैठता है और कौन डूबता है। फिर रस्सी नापो: पत्थर को डोरी से बाँधकर बाल्टी की गहराई निकालो, और 3D के स्लाइडर से गहराई की 3 गुना रस्सी चुनो।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- डूबा भाग = वस्तु का घनत्व ÷ पानी का घनत्व (समुद्री पानी ≈ 1025 kg/m³)
- दाब P = P0 + ρ × g × h
- P0 ≈ 101.3 kPa; समुद्री पानी में ρg ≈ 10.05 kPa प्रति मीटर
- स्कोप = रस्सी की लंबाई ÷ गहराई (कम से कम 3, ख़राब मौसम में ज़्यादा)
- ज़िंक एनोड पहले गलता है और स्टील को बचाता है
हल किए गए उदाहरण
1. लकड़ी के ब्लॉक का घनत्व 600 kg/m³ है। वह समुद्री पानी (1025 kg/m³) में कितना डूबेगा?
भाग = 600 ÷ 1025 = 0.585, यानी लगभग 59% पानी में और 41% बाहर।
2. समुद्र में 30 m गहराई पर कुल दाब निकालो। P0 = 101.3 kPa और ρg = 10.05 kPa प्रति m लो।
P = 101.3 + 10.05 × 30 = 101.3 + 301.5 = 402.8 kPa, लगभग 403 kPa।
3. नाव 8 m पानी में लंगर डालती है। हवा के कारण कप्तान स्कोप 5 चाहता है। कितनी रस्सी?
रस्सी = स्कोप × गहराई = 5 × 8 = 40 m।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि भारी चीज़ें हमेशा डूबती हैं। स्टील का जहाज़ अपने खोखले आकार के कारण तैरता है।
- हवा का दाब P0 भूल जाना। 10 m पर कुल दाब लगभग 200 kPa है, 100 नहीं।
- गहराई जितनी ही रस्सी लेना। वह लंगर को ऊपर खींचती है। गहराई की कम से कम 3 गुना लो।
- ज़िंक के टुकड़ों पर रंग पोत देना। स्टील बचाने को ज़िंक का पानी से छूना ज़रूरी है।