Всички знаем, че ако оставим свободен предмет на определена височина, той ще падне, че ако разбъркаме с лъжица захарта, която слагаме в кафето, тя ще се разтвори, знаем, че камъкът потъва и дървото плува и т.н.
Всички тези явления, които имаме предвид, дори несъзнателно в действията си, се управляват от физически принципи и закони. Е, под водата ситуацията се променя, тъй като прилагането на тези закони в среда, която не е наша, водната, води до различни резултати и в играта влизат други, с които не сме свикнали.
Докато се гмуркаме, ще забележим някои основни разлики, с които, макар и първоначално странни, ще свикнем. Нашето зрение ще бъде значително съкратено от разстояние. Звуците, макар и оскъдни, ще ги възприемем в ново измерение. Докосването ни ще стане по-малко чувствително, особено ако водата е студена. Миризмата няма да се използва. Вкусът няма да ни бъде полезен, освен да оценим „вкуса“ на въздуха в бутилката ни, винаги малко по-различен от това, което сме свикнали да дишаме навън, както и водата, която ни заобикаля, независимо дали е солена или сладка.
Ще видим защо даден обект плава или потъва във вода, какво се случва с налягането при потапяне, каква е връзката му с обема и как трябва да действаме.
ПОДВОДНАТА ВИЗИЯ
Ако отворим очите си под вода, когато се къпем в басейн с чисти води, няма да можем да виждаме ясно. ще ни бъде предложено размазано изображение. От друга страна, в аквариум можем да видим рибите и предметите, които той съдържа, потопени в детайли.
Разликата е, че в първия случай очите ни са в пряк контакт с водата, докато в аквариума има прозрачно стъкло, което позволява слой въздух между водата и очите.
От лъчите светлина, които достигат до повърхността на водата, има част, която се отразява в нея (колкото по-далеч е слънцето от вертикалата), докато друга част прониква в нея, но изпитва отклонение, когато излезе от въздуха средни до водни, тъй като те са с различна плътност. Първото се нарича отражение, докато второто явление е известно като пречупване (което води до това, че ако погледнем обект, частично вмъкнат в него извън водата, той изглежда „счупен“).
Поради същата тази причина светлината, преминавайки от въздушната среда (вътре в маската) към водната, причинява, че под водата обектите изглеждат с една трета част по-големи, отколкото всъщност са, и с една четвърт по-близо.
Друго явление, което ще трябва да изтърпим, ще бъде по-малкото количество светлина, тъй като подводната част от него ще се абсорбира, отклонява и отразява, губейки светлинния капацитет с увеличаване на дълбочината.
Резултатът е, че колкото повече намаляваме, толкова по-малко светлина ще имаме. Цветовете също ще варират: Бялата светлина се състои от различни цветове (а както е известно те са червени, оранжеви, жълти, зелени, сини, индиго и виолетови) и те се абсорбират с увеличаване на дълбочината. Първите цветове, които изчезват, са червен, оранжев и жълт. и така нататък в посочения ред. Превръщайки пейзажа, докато слизаме надолу, в зеленикав оттенък, клонящ към синьо, докато стигнем (от 50-60 метра) до едноцветно синьо, все по-тъмно. Ако включихме светлина, внезапно щяхме да възстановим всички цветове, оттук и полезността на носенето на фенерче между водолазното оборудване, единственият начин да възприемем цветовете на определена дълбочина.
Във водата звуците се движат много по-добре и по-бързо, отколкото във въздуха, с около пет пъти по-голяма скорост. Това означава, че звуците ще бъдат по-лесни за чуване. За нас обаче ще бъде трудно да разграничим в коя посока идва.
Архимедов принцип:
„Тяло, потопено изцяло или частично в течност, изпитва възходяща сила, равна на теглото на изместената течност“
Ако влезем във водата във ваната у дома, ще видим, че нивото на водата се повишава. Е, това количество вода, което се „увеличи“, измерено в литри, е равно на обема на частта от тялото ни, която сме потопили. Колкото повече потапяте, толкова повече се повишава нивото. И когато излезете от ваната, виждате, че тя се спуска. Ние наричаме това количество изместване на водата .
Нека продължим с примера на ваната. Вече сме вътре в него и водата покрива почти цялото ни тяло. Ще възприемем, че тежим много по-малко. Тялото ни обаче остава същото и тежи същото. Това, което наистина се случва е, че когато се потопим във водата, тялото ни, както всяко друго, изпитва тласък нагоре, равен на теглото на водата, която измества. Ето защо имаме усещането, че сме по-леки; и то е, че във водата нашето тегло очевидно е по-малко.
Ако оставим топка за пинг-понг и оловна топка със същия размер, и двете биха изместили едно и също количество вода. В първия случай тя ще плава, тъй като топката за пинг-понг тежи по-малко от водата, която измества, докато във втория случай оловната топка ще потъне, тъй като теглото й е по-голямо от теглото на водата, която измества. Следователно можем да кажем, че тялото плава, когато тежи по-малко от водата, която измества; и обратно: потъва, когато тежи повече.
Човешкото тяло има средно тегло, много подобно на това на водата. Това предполага, че за всеки килограм тегло той измества литър вода, която също тежи 1 кг. Ще приемем, че потапяйки се, тя нито потъва, нито плува. Водолазът под вода ще бъде практически балансиран. Ще кажем, че има неутрална плаваемост. Също така ще кажем, че топката за пинг-понг има положителна плаваемост, а водещата топка има отрицателна плаваемост.
Видяхме, че възходящата сила, действаща върху частично или напълно потопено тяло, е равна на теглото на изместената течност. Това тегло зависи от плътността на течността и обема на потопеното тяло.
Морската вода съдържа повече разтворени минерали и соли, отколкото прясната вода, поради което тя тежи повече и е по-плътна. Водолаз, потопен в морска вода, ще измести същото количество вода, както той самият е потопен в прясна вода; Тъй като обаче теглото на морската вода ще бъде по-голямо от това на сладката вода, тягата (или силата нагоре) ще бъде по-голяма в първия случай, отколкото във втория. Ето защо телата са склонни да плават по-добре в морска вода, отколкото в прясна.
За нас е сравнително лесно да потънем и да се носим, ако просто се облечем в бански костюми. Когато обаче използваме водолазен костюм, обемът ни се увеличава значително, така че придобиваме положителна плаваемост и става много трудно да се потопим. Поради тази причина е необходимо да се използва допълнителен баласт, за да се изпита отново неутрална или отрицателна плаваемост.
Същият този принцип служи и като основа за работата на хидростатичната обвивка. Водолазът с по-голям обем ще измести повече вода от по-малкия. Когато водолаз, потопен във вода, надува BC, това, което прави, увеличава обема си, без да променя теглото си. С увеличаването на обема му, обемът на изместената вода също се увеличава, като по този начин увеличава тягата си и придобива положителна плаваемост.
НАЛЯГАНЕ И ОБЕМ
Газовете, тъй като не могат да поддържат форма или обем, се разпределят равномерно в обема на контейнера си, като плътността на газа е много по-ниска от тази на която и да е течност или твърдо вещество. Има различни газове, въпреки че за целите на гмуркането тези, които ни интересуват, са тези, които съставят атмосферния въздух: 79% азот, 20,97% кислород и 0,03% въглероден анхидрид, главно.
Налягането се определя като силата, разделена на повърхността (P = F/S). Като единица за налягане използваме атмосферата, която оказва въздухът, който ни заобикаля на морското равнище (теглото на живачен цилиндър с височина 760 mm и чиято основа има площ от 1 cm2). Стойността на 1 атмосфера е налягането в резултат на упражняване на сила от 1 kg върху повърхност от 1 cm2 и е приблизително еквивалентно на един бар (1,03 bar = 1 atm.)
При гмуркането трябва да се различават два вида налягане: атмосферно (теглото на въздуха на повърхността на водата) и хидростатично (теглото на водата на водолаза). Сумата от двете парциални налягания ни дава абсолютното налягане, който е този, който ни засяга.
Когато отидем под водата, изпитваме повишаване на налягането (съответстващо на теглото на водата над нас), колкото по-дълбоко навлизаме. Към това хидростатично налягане ще се добави налягането на въздуха върху повърхността на водата.
Знаейки, че колона с вода от 10 m. висок и 1 cm2 в сечение съдържа един литър вода и че тежи приблизително 1 kg, можем лесно да получим, че налягането, упражнявано от водата в основата на споменатата колона, е 1 kg/cm2, т.е. 1 Atm. Можем да кажем, че на всеки десет метра дълбочина, която спуска водолазът, налягането, на което е подложен, се увеличава с 1 Atm.
За всичко по-горе можем да кажем, че:
Абсолютно налягане = хидростатично налягане + атмосферно налягане
И замествайки термините с техните стойности, ние откриваме връзката между дълбочина и натиск
Абсолютно налягане = (дълбочина/10) + 1
Прилагайки формулата, можем да видим как налягането варира с увеличаване на дълбочината.
| ДА СЕ | 0 | метри | (на повърхността и на морското равнище) | 1 | в. |
| ДА СЕ | 10 | метри | (под вода) | две | в. |
| ДА СЕ | двайсет | метри | (под вода) | 3 | в. |
| ДА СЕ | 30 | метри | (под вода) | 4 | в. |
| ДА СЕ | 40 | метри | (под вода) | 5 | в. |
Няма повече за добавяне на 1 в. (което бихме имали на повърхността) до хидростатичното налягане (1 ат. на всеки 10 метра надолу).
Трябва да се има предвид, че ако потапянето се извършва в планинско езеро, с голяма височина над морското равнище, атмосферното налягане ще бъде по-ниско.
Увеличаването на външното налягане, на което е подложено тялото на водолаза, не би било от особено значение, ако не беше фактът, че той въвежда в действие следните закони, с последиците, които всеки от тях има върху водолаза.
Закон на Бойл-Мариот
Връзка между налягането и обема на даден газ.
При постоянна температура обемът на даден газ е обратно пропорционален на налягането, на което е подложен.
или какво е същото: обемът на даден газ намалява с увеличаване на налягането и се увеличава с намаляване на налягането.
Съгласно този закон, ако наричаме V 1 обемът на даден газ, когато той е подложен на налягане P 1, а V 2 обемът на същия газ, когато е подложен на друго налягане P 2, се посочва:
P 1 x V 1 = P 2 x V 2
Ако искаме да намерим връзката между обема на даден газ на морското равнище и обема, който той ще има на определена дълбочина, трябва да приложим тази формула заедно с предишната, която свързва налягането и дълбочината.
Да вземем пример: 1-литров балон на морското равнище (подложен на 1 атмосфера под налягане), когато е потопен до 10 метра дълбочина (2 атмосфери), ще заеме обем Ѕ литър.
P 1 x V 1 = P 2 x V 2
1 атмосфера х 1 литър = 2 атмосфери х Ѕ литър
Ефектите от този закон се проявяват върху въздуха, който е вътре в нашия организъм (тъй като течностите и твърдите вещества не могат да бъдат компресирани), така че когато външното налягане се увеличи, всички части на нашия организъм, в които това е възможно. В нашето тяло има няколко кухини, които съдържат въздух и следователно, които се компресират, когато се гмуркаме. Ако по някакъв начин успеем да изравним вътрешното налягане с външното, ще сме компенсирали и няма да забележим дискомфорт. в противен случай може да доведе до големи проблеми.
Законът на Boyle-Mariotte влияе върху поведението на жилетката, тъй като съдържащият се в нея въздух променя обема си в зависимост от налягането, т.е. дълбочината, и тази промяна в обема оказва пряко влияние върху плаваемостта на водолаза (в приложение на Принцип на Архимед). Това ви принуждава да добавяте или премахвате въздух, когато дълбочината се увеличава или намалява, съответно.
По същия начин трябва да се има предвид, че това също влияе на въздуха, който се съдържа между маската и лицето на водолаза, така че при спускане обемът му да намалява при спускане и ще е необходимо да се инжектира въздух в това пространство през нос. При изкачване тя ще се увеличи в обем и ще си тръгне сама.
Законът на Далтън
Частично налягане в газообразни смеси
Общото налягане, упражнявано от газова смес, е сумата от парциалните налягания на газовете, които съставляват сместа
С други думи: при постоянна температура налягането на газовата смес е равно на сумата от наляганията, при които би бил всеки от съставящите я газове, ако заемат общия обем на сместа.
P. Абсолютно = P. Частично (1) + P. Частично (2) + P. Частично (3) + .
В зависимост от налягането, на което е подложен конкретен газ, той ще повлияе на тялото ни по един или друг начин. Законът на Далтън ни позволява да знаем, когато се гмуркаме с въздух, до каква дълбочина всеки газ, съдържащ се във въздуха, може да доведе до вредно въздействие върху тялото ни.
Например причината, поради която спортното гмуркане с чист кислород не се практикува, като по този начин се избягват проблемите, произтичащи от азота, съдържащ се във въздуха, е, че е токсичен от налягане от приблизително 1,7 атмосфери, да речем, под 7 метра дълбочина.
За да изчислим парциалното налягане на газ, съдържащ се в смес, ще разделим процента на този газ на 100 и ще го умножим по неговото налягане.
Знаейки, че приблизителният състав на въздуха е 79% N2, 20,97% O2 и 0,03% CO2, ще имаме, че ако дишаме този въздух на повърхността, т.е. при общо налягане 1 At., Наляганията, при които техните компонентите ще бъдат обект на 0'79 At. N2, 0'2097 At. O2 и 0'0003 At. CO2 (резултат от умножаването на 1 ат. По процента, който всеки газ представлява в сместа).
Въпреки че, както вече казахме, чистият кислород започва да е токсичен от 1,7 атмосфери под налягане (7 метра дълбочина), ние знаем, че кислородът във въздуха е токсичен от 2,1 атмосфери. За да знаете на каква дълбочина кислородът в сместа ще бъде токсичен, просто трябва да решите следното уравнение, за да намерите при какво общо налягане (което ще наречем pT) ще се получи, знаейки, че толерираното парциално налягане на кислорода е равно до 2.1 ат.:
0'2097 x pT = 2'1 At.
pT = 2'1/0'2097 = 10'01 At.
И както видяхме по-рано, за да се достигне това налягане, гмуркането трябва да се извърши на дълбочина приблизително 90 метра.
По същия начин ще знаем, че от дълбочини над 30 и 35 метра (винаги обусловени от много други фактори) може да възникне т. Нар. Азотна наркоза или „пиянство на дълбините“, когато азотът във въздуха надвишава парциалното налягане от 4 атмосфери.
Законът на Хенри
Разтваряне на газ при различни налягания.
При постоянна температура количеството газ, което се абсорбира от течност, с която е в контакт, е право пропорционално на налягането.
Когато газът влезе в контакт с течност при постоянна температура, той се разтваря в нея до момента, в който вътрешното и външното налягане достигнат точката на равновесие.
Значението на този закон за водолаза е капиталът, като се има предвид, че кръвта и тъканите се държат като течности за тези цели и че поради тази причина, с увеличаване на дълбочината и следователно налягането, те ще поемат повече от образуващите се газове въздухът, който дишате (и още повече, ако температурата спадне). Въпреки че сред основните компоненти на въздуха въглеродният анхидрид (CO2), поради ниското си присъствие във въздуха, не представлява проблем, нито кислородът, тъй като се консумира от тялото, останалият и най-важният азот, инертен газ, който не се консумира, е отговорен за един от основните рискове от гмуркане, декомпресионна болест.
За това състояние е определено приблизително време от 12 часа, за да могат тъканите да се отърват от излишния наситен азот.
ДРУГИ ЗАКОНИ ЗА ИНТЕРЕСИ
Принципът на Паскал
Когато налягането действа върху затворен обем, налягането вътре в него е еднакво навсякъде и действа перпендикулярно на стените на контейнера си.
Когато дишате въздух под налягане, цялото тяло получава газа от сместа моментално и под същото налягане. Благодарение на това човешкото същество може да остане във водната среда да диша нормално.
Чарлз Лоу
При постоянен обем налягането на газа варира право пропорционално на температурата
Ако бутилките се оставят на слънце, въздушното налягане в тях се увеличава.
Използваме собствени и бисквитки на трети страни, за да извършим анализа на потребителската навигация. Ако продължите да сърфирате, считаме, че приемате тяхното използване.
Можете да промените настройките или да получите повече информация тук.