Peldspēja ir objekta spēja peldēt šķidrumā. Objekta svara attiecība pret izspiestā ūdens svaru nosaka, vai objekts peldēs; lai gan objekta izmēram un formai ir ietekme, tie nav galvenais iemesls, kāpēc objekts peld vai nogrimst. Ja objekts izspiež vairāk ūdens nekā tā svars, tas peldēs. Peldspēja ir svarīgs faktors daudzu objektu projektēšanā un vairākās ar ūdeni saistītās aktivitātēs, piemēram, laivošanā vai niršanā ar akvalangu.
Arhimēda princips
Matemātiķis Arhimēds, kurš dzīvoja trešajā gadsimtā pirms mūsu ēras, ir atzīts par lielu daļu no peldspējas darbības atklājumiem. Kā vēsta leģenda, viņš kādu dienu iekāpis vannā un pamanījis, ka jo vairāk viņš iegremdējas ūdenī, jo vairāk pacēlās ūdens līmenis. Viņš saprata, ka viņa ķermenis izspiež ūdeni vannā. Vēlāk viņš noteica, ka objekts zem ūdens sver mazāk nekā objekts gaisā. Ar šīm un citām atziņām viņš izveidoja to, kas kļuva pazīstams kā Arhimēda princips:
Šķidrumā esošais objekts tiek pacelts ar spēku, kas vienāds ar šķidruma svaru, kuru objekts izspiež.
Pozitīva, negatīva un neitrāla peldspēja
Objekts, kas peld šķidrumā, ir pozitīvi peldošs. Tas nozīmē, ka objekta izspiestais ūdens daudzums sver vairāk nekā pats objekts. Piemēram, laiva, kas sver 50 mārciņas (23 kg), bet izspiež 100 mārciņas (45 kg) ūdens, viegli peldēs. Laiva izspiež vairāk ūdens nekā tās svars, daļēji tās izmēra un formas dēļ; lielākā daļa laivas iekšpuses ir gaiss, kas ir ļoti viegls. Tas izskaidro, kāpēc peld masīvi okeāna laineri: kamēr pārvietotais ūdens sver vairāk nekā paši kuģi, tie nenogrims.
Negatīvā peldspēja ir tas, kas izraisa objektu nogrimšanu. Tas attiecas uz objektu, kura svars ir lielāks par šķidruma svaru, ko tas izspiež. Piemēram, oļi var svērt 25 gramus, bet, ja tas izspiež tikai 15 gramus ūdens, tas nevar peldēt. Ja 50 mārciņas (23 kg) laiva tiktu piekrauta ar 75 mārciņām (34 kg) kravas, tā vairs nepeldētu, jo tās svars (125 mārciņas jeb 56.69 kg) ir smagāks par ūdens svaru, ko tā izspiež (100 mārciņas). vai 45 kg).
Objektam var būt arī neitrāla peldspēja. Tas nozīmē, ka objekta svars un šķidruma daudzums, ko tas izspiež, ir aptuveni vienāds. Neitrāli peldošs objekts lidos šķidrumā, ne grimst, ne peldēt. Zemūdene var pielāgot tās svaru, pievienojot vai izspiežot ūdeni īpašās tvertnēs, ko sauc par balasta tvertnēm. Pareizi līdzsvarojot savu balastu, zemūdens kuģis var lidot dažādos līmeņos zem ūdens virsmas, nenogrimstot.
Izmērs un forma
Tas, cik liela daļa objekta virsmas pieskaras ūdenim, ietekmē tā peldspēju. Ļoti lielam kuģim ir liels virsmas laukums, kas nozīmē, ka kuģa svars ir izkliedēts pa lielu daudzumu ūdens, kas viss spiežas uz kuģa. Ja tas pats kuģis atrastos ūdenī ar priekšgalu uz leju, tas sāktu grimt, jo viss svars ir koncentrēts vienā mazā laukumā, un ūdens, ko tas izspiež, sver mazāk par kuģa svaru.
Izplatīts piemērs, ko izmanto, lai to demonstrētu, ir cilvēks, kas peld ūdenī. Ja persona peld uz viņas muguras, viss viņas ķermenis var palikt pie ūdens virsmas vai tā tuvumā. Kad viņa peld ūdenī ar kājām uz leju, viņa nogrims tālāk; parasti tikai viņas ķermeņa augšdaļa paliks ūdens virsotnē.
Stabilitāte
Stabilitāte šķidrumā ir atkarīga no objekta peldspējas centra atrašanās vietas attiecībā pret tā smaguma centru. Objekta smaguma centrs ir punkts objektā, kurā šķiet koncentrēts viss objekta svars; to var uzskatīt arī par objekta svara vidējo atrašanās vietu. Peldspējas centrs ir ūdens smaguma centrs, kuru objekts ir izspiedis. Tas nav ūdenī, bet objektā, kas peld uz tā.
Kad peldspējas centrs atrodas tieši virs smaguma centra, objekts būs stabils. Tomēr, ja smaguma centrs atrodas virs peldspējas centra, piemēram, kuģī, kas ir piekrauts ar kravu augstu virs ūdens līnijas, objekts kļūst nestabils. Ja krava kāda iemesla dēļ pārvietojas uz vienu pusi, smaguma centrs un peldspējas centrs vairs nesakrīt. Kuģis apgāzīsies, jo peldspējas centrs atkal mēģina pacelties virs smaguma centra.
Cilvēka ķermenī smaguma centrs parasti atrodas nabas rajonā. Peldspējas centrs ir nedaudz augstāks, tāpēc ķermenim ir tendence peldēt taisni ar pleciem un rumpi virs kājām. Apgriezts otrādi, kur kājas atrodas virs rumpja, ķermeņa smaguma centrs atrodas virs peldspējas centra. Tas padara ķermeni nestabilu, un stāvokli var saglabāt tikai ar piepūli.
Peldspēja praksē
Piemērojot peldspējas principus, inženieri var izstrādāt laivas, kuģus un hidroplānus, kas paliek virs ūdens un stabili ūdenī. Tas attiecas uz daudziem citiem objektiem, piemēram, glābšanas līdzekļiem un pontoniem. Gandrīz viss, kas paredzēts ūdenim, ir atkarīgs no šo principu izpratnes.
Daudzi peldētāji zina, ka ir veidi, kā padarīt savu ķermeni peldošāku, piemēram, guļot uz muguras vai aizturot pilnu elpu. Turklāt mēģinājums ienirt baseina dibenā prasa pūles, jo ķermenis dabiski peld. Īpaši akvalangistiem ir jāzina, kā peldēt, peldēt un grimt, un viņi bieži valkā papildu svarus un citus piederumus, lai palīdzētu viņiem vadīt šos manevrus.