Движение тела под водой

Движение тела под водой

Пребывание человека под водой в непривычной для него среде имеет существенные особенности. Погружаясь в воду, человек кроме атмосферного давления воздуха, которое действует на поверхность воды, дополнительно испытывает гидростатическое (избыточное) давление.

Абсолютное давление воды на человека значительно увеличивается с глубиной погружения (1 атмосфера на каждые 10 м погружения). Так, на глубине 10 метров по сравнению с атмосферным давлением оно удваивается и равно 2 кгс/см (200 кПа), на глубине 20 м — утраивается и т.д. Однако относительный прирост давления с увеличением глубины уменьшается.

Наибольший относительный прирост давления приходится на зону первых десяти метров погружения. В этой критической зоне наблюдаются значительные физиологические перегрузки, о которых не следует забывать, особенно начинающим пловцам — подводникам.

Кровообращение под водой в силу неравномерного гидростатического давления на различные участки тела имеет свои особенности. Например, при вертикальном положении человека среднего роста ( 170 см) в воде независимо от глубины погружения его стопы будут испытывать гидростатическое давление на 0,17 кгс/см (17 кПа) больше, чем голова. К верхним областям тела, где давление меньше, кровь приливает (полнокровие), от нижних областей тела, где давление больше, отливает (частичное обескровливание, ноги мерзнут сильнее). Такое перераспределение тока крови несколько увеличивает нагрузку на сердце, которому приходится преодолевать большее сопротивление движению крови по сосудам.

При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика — всего 0,02 — 0,03 кгс/см (2 — 3 кПа) и нагрузка на сердце возрастает незначительно.

Дыхание

В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более всего находящегося в них воздуха. Альвеолярный воздух имеет постоянный состав и в отличии от атмосферного содержит 14% кислорода, 5,6% углекислого газа и 6,2% водяных паров.

Часть воздуха заполняет дыхательные пути организма (трахеи, бронхи) и не участвует в процессе газообмена. При выходе этот воздух удаляется, не достигнув альвеол. При входе в альвеолы вначале поступает воздух, который остался в дыхательных путях после выдоха (обедненный кислородом, с повышенным содержанием углекислого газа и водяных паров), а затем свежий воздух.

Объем дыхательных путей организма, в которых воздух увлажняется и согревается, но не участвует в газообмене, составляет примерно 0.175 литра.

При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.

При усилении легочной вентиляции, в результате увеличивается скорость потока воздуха в дыхательных путях организма и аппарата (дыхательной трубки). При этом пропорционально квадрату скорости потока воздуха возрастает сопротивление дыханию. С увеличением плотности сжатого воздуха соответственно глубине погружения сопротивление дыханию также возрастает.

Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях. Это приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.

Плавучесть

При выдохе средний удельный вес человека находится впределах 1020 — 1060 кгс/м куб. (10,2 — 10,6 кН/м куб.) и наблюдается отрицательная плавучесть 1 — 2 кгс (10 — 20 Н). При вдохе средний удельный вес человека понижается до 970 кгс/м re,. и появляется незначительная положительная плавучесть.

При плавании в гидрозащитной одежде плавучесть увеличивается. Плавучесть можно отрегулировать с помощью грузов. Для плавания под водой обычно создают незначительную отрицательную плавучесть — 0,5 — 1 кгс.

Ориентирование

При плавании под водой человек лишен привычной опоры. Под водой пловец с закрытыми глазами допускает ошибки в определении положения тела в пространстве на угол 10 — 25 градусов .

При попадании в слуховой проход холодной воды вследствие раздражения вестибулярного аппарата у пловца появляется головокружение, затрудняется определение направления и ошибка часто достигает 180 град..

Для ориентирования под водой пловец вынужден использовать внешние факторы, сигнализирующие о положении тела в пространстве: движение пузырьков выдыхаемого воздуха из аппарата, буйки и т.п.

Сопротивление воды оказывает заметное влияние на скорость плавания. При плавании под водой сопротивление движению меньше, так как пловец — подводник занимает более горизонтальное положение и ему не надо периодически поднимать голову из воды, чтобы сделать вдох.

Температурный баланс

Охлаждение организма в воде протекает интенсивней, чем на воздухе. Теплопроводность воды в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза больше, чем воздуха. Если на воздухе при 4 град человек может без опасности для своего здоровья находиться в течении 6 ч и при этом температура тела у него не понижается, то в воде при такой же температуре незакаленный человек без защитной одежды в большинстве случаев погибает от переохлаждения уже спустя 30..60 мин. Охлаждение организма усиливается с понижением температуры воды и при наличии течения.

Воздух, непосредственно соприкасающийся с кожей, быстро нагревается и фактически имеет более высокую температуру, чем окружающий. Даже ветер не может удалить с кожи этот слой теплого воздуха. В воде с ее большей удельной теплоемкостью и большей теплопроводностью слой, прилегающий к телу, не успевает нагреваться и легко вытесняется холодной водой. Поэтому температура поверхности тела в воде понижается интенсивней, чем на воздухе.

Вследствие интенсивного охлаждения и обжатия гидростатическим давлением кожная чувствительность в воде понижается, болевые ощущения притупляются, поэтому могут остаться незамеченными небольшие порезы и даже раны.

Слышимость

Слышимость в воде ухудшается, так как звуки под водой воспринимаются преимущественно путем костной проводимости, которая на 40% ниже воздушный. Дальность слышимости при костной проводимости зависит от тональности звука: чем выше тон, тем лучше слышен звук.

Звук в воде распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в атмосфере, поэтому под водой сигнал от источника звука, расположенного сбоку, поступает в оба уха почти одновременно, разница составляет менее 0,00001 с. Столь незначительная разница во времени поступления сигнала недостаточно хорошо дифференцируется, и четкого пространственного восприятия звука не происходит. Следовательно, установить направление на источник звука под водой человеку трудно.

Видимость

Видимость в воде зависит от количества и состава растворенных в ней веществ, взвешенных частиц, которые рассеивают световые лучи. Глубина проникновения света в толщу воды зависит от угла падения лучей и состояния водной поверхности.

На глубине 10 м освещенность в 4 раза меньше, чем на поверхности. На глубине 20 м освещенность уменьшается в 8 раз,а на глубине 50 м — в несколько десятков раз.

Зрение под водой имеет свой особенности. Вода обладает примерно такой же преломляющей способностью, как и оптическая система глаза. Если пловец погружается без маски, то острота зрения ухудшается в 100..200 раз, а поле зрения уменьшается, изображение предметов получается неясным, расплывчатым, и человек становится как бы дальнозоркий.

При погружении пловца-подводника в маске изображение предметов несколько ближе и выше его действительного местоположения. Сами же предметы кажутся под водой значительно больше, чем в действительности.

Цветоощущение в воде резко ухудшается. Особенно плохо воспринимаются синий и зеленый цвета, которые близки к естественной окраске воды, лучше всего — белый и оранжевый.

Влияние на организм парциального давления газов

Газы, входящие в состав воздуха для дыхания, оказывают влияние на организм человека в зависимости от величины парциального (частичного) давления, то есть давления газа в объеме если удалить все другие компоненты газовой смеси:

Рг — парциальное давление газа, кгс/см , мм рт. ст. или кПа;

n — содержание газа в воздухе, %;

Ра — абсолютное давление воздуха, кгс/см , мм рт. ст. или кПа.

Азот воздуха начинает оказывать токсическое действие практически при парциальном давлении 5,5 кгс/см (550 кПа). Так как в атмосферном воздухе содержится примерно 78% азота, указанному парциальному давлению азота, согласно формуле, соответствует абсолютное давление воздуха 7 кгс/см (глубина погружения — 60 м).

Кислород в больших концентрациях даже в условиях атмосферного давления действует на организм отравляюще. Так при парциальном давлении кислорода 1 кгс/см (дыхание чистым кислородом в атмосферных условиях) уже после 72 — часового дыхания в легких развиваются воспалительные явления. При парциальном давлении кислорода более 3 кгс/см через 15..30 мин возникают судороги и человек теряет сознание.

При малом парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе (ниже 0,16 кгс/см ) кровь, протекая через легкие, насыщается не полностью, что приводит к снижению работоспособности, а в случаях острого кислородного голодания — к потере сознания.

Углекислый газ . Повышенное содержание углекислого газа в организме приводит к отравлению, пониженное — к снижению частоты дыхания и его остановке (апноэ). В нормальных условиях парциальное давление углекислого газа в атмосферном воздухе составляет 0,0003 кгс/см (=30Па). Если парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе составляет 0,03 кгс/см (=3кПа), организм уже не справится с выделением этого газа путем усиленного дыхания и кровообращения и могут наступить тяжелые расстройства.

Насыщение организма газами. Пребывание под повышенным давлением влечет за собой насыщение организма газами, которые растворяются в тканях и органах.

Влияние на организм задержки дыхания при нырянии

В воде во время ныряния потребность сделать вдох некоторое время не ощущается. Это происходит до тех пор, пока парциальное давление углекислого газа в крови не достигнет величины, необходимой для возбуждения дыхательного центра. Но и в этом случае усилием воли можно подавить потребность сделать вдох и остаться под водой. При продолжительном воздействии углекислого газа на дыхательный центр его чувствительность сделать вдох в дальнейшем притупляется.

Появление потребности сделать вдох является для ныряльщика сигналом к всплытию на поверхность. Если же ныряльщик не всплывает, то по мере расхода запасов кислорода, содержащегося в воздухе легких, начинает развиваться явление кислородного голодания, которое быстротечно заканчивается неожиданной потерей сознания. Кислородное голодание — наиболее частая причина гибели при нырянии.

Источник

Физические основы погружения

Вопрос 1: Физические основы погружения

• Плавучесть
• Давление
• Давление, объем, плотность
• Температура
• Свет
• Цвет
• Видимость
• Звук под водой

ПЛАВУЧЕСТЬ

ПРИНЦИП ПЛАВУЧЕСТИ (ЗАКОН АРХИМЕДА)

Объект, помещенный в воду, выталкивается вверх силой, равной весу воды, которую он вытесняет.

Если масса вытесняемой предметом воды больше его собственной массы, он плавает по поверхности, т.е. он обладает положительной плавучестью.

Если масса вытесняемой предметом воды меньше его собственной массы, он тонет, т.е. он обладает отрицательной плавучестью.

Если масса вытесняемой предметом воды равна его собственной массе он не всплывает, но и не тонет, он зависает в толще воды, т.е. он обладает нейтральной плавучестью.

Если плавучесть изменяется и предмет стремиться к поверхности, значит, плавучесть увеличивается.

Если плавучесть изменяется и предмет погружается, значит, плавучесть уменьшается.

УПРАВЛЕНИЕ ПЛАВУЧЕСТЬЮ

Осуществляется тремя элементами:

• Жилетом компенсатором плавучести
• Свинцовыми грузами
• Объемом легких

СВОЙСТВА ВОДЫ

Соленая вода тяжелее пресной за счет растворенной в ней соли.

Объем вытесняемой предметом воды одинаковый, в пресной и в соленой воде.

При одинаковом объеме, вес вытесненной соленой воды больше чем пресной, соответственно плавучесть в соленой воде больше, чем в пресной.

ДАВЛЕНИЕ

Давление – это сила, приложенная к поверхности определенной площади. Если, при той же силе площадь удваивается, давление уменьшается вдвое.

На поверхности моря человек испытывает давление воздушного столба высотой 150 км., если взять столб площадью 1 см2, то создаваемое им давление будет равно 1 АТМ.

Атмосферное давление равно по величине тому, которое оказывает столбик ртути высотой 760 мм или столбик пресной воды высотой 10,33 м.

Для простоты расчетов на практике за единицу давления принимают условную техническую атмосферу давление 10 метрового водного столба. Таким образом, гидростатическое давление, т.е. давление водного столба увеличивается в морской воде на 1 атм при опускании на каждый десяток метров. Сумма атмосферного и гидростатического давлений называется абсолютным давлением.

Например, на глубине 30 м оно равно Рабс = Ратм + Ргидр =1+3=4 атм.

ДАВЛЕНИЕ, ОБЪЕМ И ПЛОТНОСТЬ

При увеличении давления, плотность воздуха возрастает прямо пропорциональна давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза плотность воздуха возрастает в 2 раза.

При увеличении давления объем воздуха уменьшатся обратно пропорционально давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза объем уменьшится в 2 раза.

ТЕМПЕРАТУРА

Температура тела живого и здорового человека, которая колеблется около 36,6 “С, выше температуры воды.

При нахождении пловца в воде возникает теплоотдача — мощный поток тепловой энергии из организма в окружающую воду.

Теплоемкость воды в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз выше, чем у воздуха. Все это ведет к большим теплопотерям организма и переохлаждению, что может закончиться потерей сознания и даже смертью. Поэтому время пребывания человека в воде, даже в тропически теплой, ограничено.

Как правило, температура воды постепенно понижается с глубиной, достигая в глубоководных зонах примерно 3—4 Гр , а в полярных областях опускается до нуля уже на глубине 30 м. Нередко поверхностные водные массы, прогретые солнышком, в силу разных свойств отделены от холодных масс четкой видимой границей — термоклином.

Термоклин в виде тонкого (1 —2 м высотой), мутного слоя — явление достаточно забавное. Иногда случается, что голова подводника наслаждается теплом в 10 — 12 “С, а пальцы ног немеют в ледяной воде под термоклином. Сезонный термоклин четко выражен в озере Байкал и наших северных морях. Иногда водные массы имеют мозаичное распределение, и тогда холодные и теплые слои чередуются.

Для уменьшения тепловых потерь подводники создают прослойку воздуха или нагретой воды между телом и окружающей водой при помощи защитной спецодежды — гидрокостюма.

СВЕТ

Наши глаза в водной среде менее эффективны, чем на суше. Это следствие явление рефракции. Оно заключается в преломлении и отражении световых лучей на границе двух сред с различными плотностями. В роговице, хрусталике и стекловидном теле глазного яблока лучи преломляются таким образом, что фокусируют изображение видимого объекта на сетчатой оболочке задней стенки глазного яблока. Сетчатка же, состоящая из чувствительных клеток — палочек и колбочек, преображает световые сигналы в нервные, которые проходят по глазному нерву в анализирующий центр мозга.

Коэффициент преломления солнечных лучей в воде приблизительно равен таковому в глазах человека. Поэтому они слабее преломляются в роговице, и изображения предметов фокусируются где-то за сетчаткой, оставляя на ней лишь неясные образы. Для устранения дефекта мнимой дальнозоркости, используют маску, которая создает воздушную прослойку между глазом и окружающей водной средой. Теперь лучи перед попаданием на глаз проходят через слой воздуха, что возвращает эффективность зрению. Однако проходящие через стеклянную маску лучи преломляются еще перед рефракцией в глазных структурах, искажая действительность: все предметы кажутся крупнее и ближе приблизительно на 25%. Начинающим подводникам приходится привыкать к постоянному обману зрения под водой.

ВИДИМОСТЬ

Световые лучи, входящие в воду, не только отражаются и поглощаются, но и частично рассеиваются. Чем больше взвешенных частиц в воде, тем сильнее световое рассеивание и тем хуже видимость под водой. Так, высокая прозрачность в открытом океане обусловлена скудостью планктона и отсутствием органической донной взвеси. А вот видимость в устьях рек, воды которых несут в море громадную массу взвешенной органики, близка к нулю. Во многих морях и озерах прозрачность имеет сезонную динамику. Например, часто можно услышать в разговоре выражение “вода зацвела” — это значит, что она прогрелась до определенной температуры, и одноклеточные водоросли стали бурно размножаться, создавая взвесь и уменьшая прозрачность. Скажем, в озере Байкал весной и в начале лета видимость под водой достигает 40 м, и мелкие детали живописных подводных скал, круто уходящих на километровую глубину, отлично просматриваются с борта моторной лодки. В конце июня прогретая на поверхности вода “зацветает” — масса водорослей понижает видимость до расстояния вытянутой руки. Прогретые массы, однако, держатся в поверхностном слое 15 — 20 м высотой, а под термоклином сохраняется байкальская ледяная вода, хрустально—прозрачная и чистая.

Рассеяние световых лучей приводит к постепенному понижению освещенности с глубиной. Скорость затемнения зависит от прозрачности воды. В тропических морях с хорошей видимостью так светло, что глубину в 40 м можно не заметить, если не следить по приборам. В Белом море сумерки наступают на 20 м, а на 40 уже черно, как в фотокомнате.

ЦВЕТ

Мы с вами живем в мире белого света, который на самом деле состоит из многих цветовых составляющих, обусловленных волнами разной длины. Вода поглощает их неодинаково, поэтому цветовой спектр под водой сильно изменяется. Так, в чистой океанской воде:

• красные лучи поглощаются на глубине 5м;
• оранжевые лучи поглощаются на глубине 10м;
• желтый лучи поглощаются на глубине 20м;
• зеленые лучи поглощаются на глубине 40м;
• голубые лучи поглощаются на глубине – 50 м.

Для того, чтобы ваш партнер или страхующий лучше вас видел, рекомендуется использовать гидрокостюмы и снаряжение ярких расцветок. Только помните, что многие цвета, ласкающие глаз ядовитой тональностью на земле, в воде теряют яркость. Например, красный становится темно-фиолетовым, и вскоре вообще превращается в черный. Поэтому многие предметы легководолазного снаряжения окрашены желтым: полосы на гидрокостюмах, баллоны многих аквалангов, дополнительные легочные автоматы.

ЗВУК ПОД ВОДОЙ

На суше мы нередко ориентируемся в пространстве по звукам, поскольку расположение их источника определить, как правило, нетрудно. Подводники, увы, этим похвастаться не могут. Если источник звука находится над поверхностью воды, звуковые волны отражаются от нее, не проникая на глубину.

Бесполезно что — либо сверху кричать пловцу, который уже погрузился под воду.

В водной среде звуковые волны распространяются во всех направлениях, а их скорость увеличивается в 4 раза. Это создает массу неудобств. Например, аквалангист не сможет определить по шуму мотора, где и на каком расстоянии движется лодка. Потеряв из виду партнера в мутной воде, можно слышать вблизи его дыхание и клокотание выдыхаемых пузырей из легочного автомата, но так и не обнаружить того, кто их пускает. Щелканье и пронзительные крики дельфинов наполняют собой все окружающее пространство, но сами животные могут появиться с самой неожиданной стороны.

Источник