Ми всі знаємо, що якщо залишити вільний предмет на певній висоті, він впаде, що якщо розмішати ложкою цукор, який ми кладемо в каву, він розчиниться, ми знаємо, що камінь тоне, а дерево пливе тощо.
Всі ці явища, про які ми пам’ятаємо, навіть несвідомо у своїх діях, регулюються фізичними принципами та законами. Ну, а під водою ситуація змінюється, бо застосування цих законів у середовищі, яке не є нашим, водному, спричиняє різні результати, і в справу вступають інші, до яких ми не звикли.
Занурившись, ми помітимо деякі основні відмінності, до яких, хоча і спочатку дивно, ми звикнемо. Наш зір значно скоротиться на відстані. Звуки, хоч і рідкісні, ми сприймемо в новому вимірі. Наш дотик стане менш чутливим, особливо якщо вода холодна. Запах використовувати не буде. Смак нам не буде корисний, крім як оцінити "аромат" повітря в нашій пляшці, який завжди трохи відрізняється від того, що ми звикли дихати зовні, а також від води, яка нас оточує, солоної чи солодкої.
Ми побачимо, чому об’єкт плаває або тоне у воді, що відбувається з тиском при зануренні, який його зв’язок з об’ємом і як ми повинні діяти.
ПІДВОДНЕ БАЧЕННЯ
Якщо ми відкриємо очі під водою, купаючись у басейні з чистою водою, ми не зможемо чітко бачити. нам запропонують розмите зображення. З іншого боку, в акваріумі ми можемо бачити рибу та предмети, які в ній містяться, занурені в деталі.
Різниця полягає в тому, що в першому випадку наші очі безпосередньо контактують з водою, тоді як в акваріумі є прозоре скло, яке пропускає шар повітря між водою та очима.
З променів світла, що досягають поверхні води, є частина, яка відбивається в ній (чим більше, чим далі Сонце знаходиться від вертикалі), тоді як інша частина проникає в неї, проте відчуває відхилення при виході з повітря від середнього до водного, оскільки вони мають різну щільність. Перше називається відбиттям, тоді як друге явище відоме як заломлення (це означає, що якщо ми подивимося на предмет, частково вставлений в нього ззовні води, він виявляється «зламаним»).
З цієї ж причини світло, переходячи від повітряного середовища (всередині маски) до водної, спричинює те, що під водою предмети виглядають на третину більшими, ніж вони є насправді, і на чверть ближче.
Іншим явищем, яке нам доведеться пережити, буде менша кількість світла, оскільки його підводна частина буде поглинатися, відхилятися і відбиватися, втрачаючи світлову здатність із збільшенням глибини.
Результат полягає в тому, що чим більше ми опускаємо, тим менше буде світла. Кольори також будуть відрізнятися: Біле світло складається з різних кольорів (а, як відомо, це червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий), і вони поглинаються із збільшенням глибини. Перші кольори, які зникають, - це червоний, оранжевий та жовтий. і так далі в зазначеному порядку. Повертаючи ландшафт, коли ми спускаємось вниз, у зеленуватий відтінок, прагнучи до синього, поки не приїдемо (з 50-60 метрів) до монохромного блакитного, все більш темного. Якби ми увімкнули світло, ми раптово відновили б усі кольори, отже корисність перенесення ліхтарика між водолазним спорядженням, єдиний спосіб сприймати кольори на певній глибині.
У воді звуки рухаються набагато краще і швидше, ніж у повітрі, зі швидкістю приблизно в п'ять разів більшою. Це означає, що звуки будуть легше чути. Однак нам буде важко відрізнити, з якого напрямку він іде.
Архімедівський принцип:
"Тіло, повністю або частково занурене в рідину, відчуває висхідну силу, рівну вазі переміщеної рідини"
Якщо ми потрапимо до води у ванні вдома, то побачимо, що рівень води підвищується. Ну, та кількість води, яка «збільшилася», вимірюється в літрах, дорівнює об’єму тієї частини нашого тіла, яку ми занурили в воду. Чим більше ви опускаєтесь, тим більше піднімається рівень. А коли виходиш із ванни, бачиш, що вона спускається вниз. Ми називаємо таку кількість витіснення води .
Продовжимо з прикладом ванни. Ми вже всередині нього, і вода покриває майже все наше тіло. Ми сприймемо, що важимо набагато менше. Однак наше тіло залишається незмінним і важить стільки ж. Насправді відбувається те, що коли ми занурюємось у воду, наше тіло, як і будь-яке інше, відчуває поштовх вгору, рівний вазі води, яку вона витісняє. Ось чому у нас відчуття легше; і це те, що у воді наша вага, очевидно, менша.
Якби ми залишили м’яч для пінг-понгу та свинцевий м’яч однакового розміру, обидва б витіснили однакову кількість води. У першому випадку він буде плавати, оскільки куля для пінг-понгу важить менше води, яку він витісняє, тоді як у другому випадку свинцева куля опускається, оскільки її вага більша, ніж вага води, яку він витісняє. Звідси ми можемо сказати, що тіло плаває, коли воно важить менше за воду, яку витісняє; і навпаки: він тоне, коли важить більше.
Тіло людини в середньому має вагу, дуже подібну до ваги. Це передбачає, що на кожен кілограм ваги він витісняє літр води, що також важить 1 кг. Ми визнаємо, що, занурившись, він ні тоне, ні плаває. Занурений водолаз буде практично збалансованим. Ми скажемо, що вона має нейтральну плавучість. Так само ми також скажемо, що м'яч для пінг-понгу має позитивну плавучість, а свинцева куля має негативну плавучість.
Ми бачили, що висхідна сила, що діє на частково або повністю занурене тіло, дорівнює вазі витісненої рідини. Ця вага залежить від щільності рідини та об’єму зануреного тіла.
У морській воді міститься більше розчинених мінералів і солей, ніж у прісній, тому вона важить більше і щільніше. Дайвер, занурений у морську воду, витіснить таку ж кількість води, як і сам, занурений у прісну воду; Однак, оскільки вага морської води буде більшою, ніж ваги прісної води, тяга (або сила вгору) буде більшою в першому випадку, ніж у другому. Ось чому тіла, як правило, краще плавають у морській воді, ніж у прісній.
Нам відносно легко тонути і плавати, якщо ми просто одягаємось у купальники. Однак, використовуючи водолазний костюм, наш обсяг значно збільшується, тому ми набуваємо позитивної плавучості, і занурення стає дуже важким. З цієї причини необхідно використовувати додатковий баласт, щоб знову відчути нейтральну або негативну плавучість.
Цей самий принцип також служить основою для роботи гідростатичної сорочки. Дайвер з більшим об'ємом витіснить більше води, ніж дайвер з меншим об'ємом. Коли водолаз, занурений у воду, надуває свій БЦ, він робить це, збільшуючи його обсяг, не змінюючи своєї ваги. Зі збільшенням її об’єму збільшується і об’єм витісненої води, збільшуючи тим самим її тягу і набуваючи позитивної плавучості.
ТИСК І ОБ'ЄМ
Гази, не маючи можливості зберегти форму або об’єм, розподіляються рівномірно по об’єму контейнера, щільність газу набагато нижча, ніж у будь-якої рідини або твердої речовини. Існують різні гази, хоча для дайвінгу нас цікавлять ті, що складають атмосферне повітря: 79% азоту, 20,97% кисню та 0,03% ангідриду вуглецю, головним чином.
Тиск визначається як сила, поділена на поверхню (P = F/S). В якості одиниці тиску ми використовуємо атмосферу, яку надає повітря, що оточує нас на рівні моря (вага ртутного циліндра висотою 760 мм і основа якого має площу поверхні 1 см2). Значення 1 атмосфери - це тиск, який виникає внаслідок дії сили 1 кг на поверхню 1 см2, і приблизно еквівалентний одному бару (1,03 бар = 1 атм.)
У дайвінгу слід розрізняти два типи тиску: атмосферний (вага повітря на поверхні води) та гідростатичний (вага води на дайвера). Сума двох парціальних тисків дає нам абсолютний тиск, котра впливає на нас.
Коли ми заходимо під воду, ми відчуваємо збільшення тиску (що відповідає вазі води над нами), чим глибше ми заглиблюємось. До цього гідростатичного тиску додасться тиск повітря на поверхню води.
Знаючи, що стовп води 10 м. висота і 1 см2 в перерізі містить один літр води, і що він важить приблизно 1 кг, ми легко отримаємо, що тиск, який чинить вода в основі згаданої колони, дорівнює 1 кг/см2, тобто 1 атм. Можна сказати, що на кожні десять метрів глибини, на яку опускається водолаз, тиск, якому він піддається, зростає на 1 атм.
З усього вищесказаного можна сказати, що:
Абсолютний тиск = гідростатичний тиск + атмосферний тиск
І підставляючи терміни їх значеннями, ми знаходимо залежність між глибиною і тиском
Абсолютний тиск = (глибина/10) + 1
Застосовуючи формулу, ми можемо побачити, як змінюється тиск із збільшенням глибини.
| ДО | 0 | метрів | (на поверхні та на рівні моря) | 1 | в. |
| ДО | 10 | метрів | (під водою) | два | в. |
| ДО | двадцять | метрів | (під водою) | 3 | в. |
| ДО | 30 | метрів | (під водою) | 4 | в. |
| ДО | 40 | метрів | (під водою) | 5 | в. |
Немає більше додати 1 в. (що ми мали б на поверхні) до гідростатичного тиску (1 ат. на кожні 10 метрів).
Слід врахувати, що якщо занурення здійснюється в гірське озеро з великою висотою над рівнем моря, атмосферний тиск буде нижчим.
Збільшення зовнішнього тиску, якому піддається тіло дайвера, не мало б великого значення, якби не той факт, що він вводить у дію наступні закони, з наслідками, які кожен з них має на дайвера.
Закон Бойля-Маріотта
Зв'язок між тиском і об'ємом газу.
При постійній температурі об’єм газу обернено пропорційний тиску, якому він піддається.
або те саме: об’єм газу зменшується із збільшенням тиску та збільшується із зменшенням тиску.
Відповідно до цього закону, якщо ми називаємо V 1 об’ємом газу, коли він піддається тиску P 1, а V 2 об’ємом того самого газу, коли він піддається іншому тиску P 2, то вказується:
P 1 x V 1 = P 2 x V 2
Якщо ми хочемо знайти взаємозв'язок між обсягом газу на рівні моря та обсягом, який він матиме на певній глибині, ми повинні застосувати цю формулу разом із попередньою, яка стосується тиску та глибини.
Візьмемо приклад: 1-літровий аеростат на рівні моря (під тиском 1 атмосфера тиску), занурений у глибину 10 метрів (2 атмосфери), займе обсяг Ѕ літра.
P 1 x V 1 = P 2 x V 2
1 атмосфера х 1 літр = 2 атмосфери х Ѕ літр
Дія цього закону проявляється у повітрі, що знаходиться всередині нашого організму (оскільки рідини та тверді речовини не можуть стискатися), так що при збільшенні зовнішнього тиску всі частини нашого організму, в яких це можливо. У нашому тілі є кілька порожнин, які містять повітря і, отже, стискаються, коли ми пірнаємо. Якщо нам якось вдасться зрівняти внутрішній тиск із зовнішнім, ми отримаємо компенсацію і не помітимо ніякого дискомфорту. інакше це може призвести до великих проблем.
Закон Бойля-Маріотта впливає на поведінку жилета, оскільки повітря, яке воно містить, змінює свій об'єм у залежності від тиску, тобто глибини, і ця зміна обсягу безпосередньо впливає на плавучість водолаза (при застосуванні Принцип Архімеда). Це змушує додавати або видаляти повітря, коли глибина відповідно збільшується або зменшується.
Так само, слід враховувати, що це також впливає на повітря, що міститься між маскою та обличчям дайвера, так що при спуску його об'єм зменшується при спуску, і буде потрібно впорскувати повітря в цей простір через ніс. При підйомі він збільшиться в обсязі і залишить у спокої.
Закон Дальтона
Частковий тиск у газових сумішах
Загальний тиск, який чинить газова суміш, є сумою парціальних тисків газів, що утворюють суміш
Іншими словами: при постійній температурі тиск газової суміші дорівнює сумі тисків, на яких знаходився б кожен із газів, що її складають, якби вони займали загальний об’єм суміші.
P. Абсолютний = P. Частковий (1) + P. Частковий (2) + P. Частковий (3) + .
Залежно від тиску, на який діє певний газ, він тим чи іншим чином впливатиме на наш організм. Закон Дальтона дозволяє нам знати, пірнаючи з повітрям, на яку глибину кожен газ, що міститься в повітрі, може мати шкідливий вплив на наше тіло.
Наприклад, причиною того, що спортивне занурення з чистим киснем не практикується, щоб уникнути проблем, пов’язаних з азотом, що міститься в повітрі, є те, що він токсичний під тиском приблизно 1,7 атмосфери, скажімо, глибиною нижче 7 метрів.
Для розрахунку парціального тиску газу, що міститься в суміші, ми розділимо відсоток цього газу на 100 і помножимо на його тиск.
Знаючи, що приблизний склад повітря становить 79% N2, 20,97% O2 і 0,03% CO2, ми матимемо таке, якщо дихати цим повітрям на поверхню, тобто при загальному тиску 1 Ат., Тиск, при якому його компоненти будуть підлягати 0'79 Ат. N2, 0'2097 ат. О2 та 0'0003 ат. CO2 (результат множення 1 ат. На відсоток, який кожен газ представляє в суміші).
Хоча, як ми вже говорили, чистий кисень починає бути токсичним із тиску 1,7 атмосфери (глибина 7 метрів), ми знаємо, що кисень у повітрі токсичний з 2,1 атмосфери. Щоб знати, на якій глибині кисень у суміші буде токсичним, вам потрібно лише розв’язати наступне рівняння, щоб з’ясувати, при якому загальному тиску (який ми будемо називати pT) він відбуватиметься, знаючи, що допустимий парціальний тиск кисню дорівнює до 2,1 ат.:
0'2097 x pT = 2'1 ат.
pT = 2'1/0'2097 = 10'01 Ат.
І як ми вже бачили раніше, для досягнення цього тиску занурення слід проводити на глибині приблизно 90 метрів.
Так само ми знатимемо, що з глибин більше 30 і 35 метрів (завжди зумовлені багатьма іншими факторами) може статися так званий азотний наркоз або «пияцтво глибин», коли азот в повітрі перевищує часткову тиск 4 атмосфери.
Закон Генріха
Розчинення газу при різних тисках.
При постійній температурі кількість газу, який поглинається рідиною, з якою вона контактує, прямо пропорційна тиску.
Коли при постійній температурі газ стикається з рідиною, він розчиняється в ній до моменту, коли внутрішній і зовнішній тиск досягають точки рівноваги.
Важливість цього закону для дайвера - це капітал, беручи до уваги, що кров і тканини для цих цілей поводяться як рідини, і тому з ростом глибини, а отже і тиску, вони поглинатимуть більшу кількість газів, які повітря, яким ви дихаєте (і тим більше, якщо температура падає). Хоча серед основних компонентів повітря вуглекислий ангідрид (СО2) через низьку присутність у повітрі не представляє проблем, як і кисень, оскільки він споживається організмом, а решта та найважливіше азот, інертний газ, який не споживається, відповідає за один з основних ризиків занурень, декомпресійної хвороби.
Для цього стану встановлено приблизний час 12 годин, щоб тканини могли позбутися надлишку насиченого азоту.
ІНШІ ЗАКОНИ ІНТЕРЕСУ
Принцип Паскаля
Коли тиск діє на закритий об’єм, тиск усередині нього однаковий скрізь, і він діє перпендикулярно на стінки своєї ємності.
Коли ви дихаєте повітрям під тиском, все тіло отримує газ із суміші миттєво і під однаковим тиском. Завдяки цьому людина може залишатися у водному середовищі нормально дихаючи.
Чарльз Лоу
При постійному обсязі тиск газу змінюється прямо пропорційно температурі
Якщо пляшки залишити на сонці, тиск повітря всередині них збільшується.
Ми використовуємо власні та сторонні файли cookie для аналізу перегляду користувачів. Якщо ви продовжуєте перегляд, ми вважаємо, що ви приймаєте їх використання.
Ви можете змінити налаштування або отримати більше інформації тут.