Содержание воздуха под водой
Как дышит водолаз
Вода гораздо плотнее воздуха. Давление водной среды во много раз превышает атмосферное. При увеличении глубины погружения на каждые 10 м давление возрастает на 1 кгс/см 2 . Следовательно, водолаз, дерзнувший опуститься на полукилометровую глубину (а эта глубина уже превзойдена в барокамере), будет подвергаться давлению, более чем в 50 раз превышающему нормальное!
Если перепад между давлением газов в легких и давлением водной среды снаружи грудной клетки составляет всего 100 — 200 мм водяного столба, дыхательные мышцы утомляются через несколько часов. Можно сделать несколько вдохов при перепаде 0,2 кгс/см 2 и даже немного большем. Дальнейшее же увеличение перепада приведет к травмированию легочной ткани. Поэтому для дыхания под водой используют воздух или искусственную газовую смесь, сжатую до давления окружающей человека водной среды.
Проблема снабжения водолаза газами для дыхания наиболее просто решается в снаряжении, известном под названием «вентилируемое». Водолаз, облаченный в прочную водонепроницаемую рубаху и герметично присоединяемый к ней жесткий шлем, полностью изолирован от воды. В пространство под шлемом с берега или с обеспечивающего судна непрерывно нагнетают по шлангу свежий воздух, а его излишки, смешанные с выдыхаемым воздухом, стравливаются в воду. Благодаря этому осуществляется постоянная вентиляция скафандра: удаляются углекислый газ и другие продукты дыхания, восстанавливается нормальное содержание кислорода.
Вентилируемое снаряжение широко распространено. Из всех видов водолазного снаряжения оно в наибольшей степени обеспечивает человеку нормальные условия существования под водой. Водолазу в нем тепло и сухо, голова его находится внутри просторного шлема с достаточно хорошим обзором, он может дышать неограниченно долго: ведь воздух все время подают сверху. В вентилируемом снаряжении водолаз способен находиться под водой часами и выполнять разного рода трудоемкие и сложные работы. Однако это снаряжение обладает и недостатками. «Тяжелый» водолаз лишен свободы перемещения по вертикали — он не может плавать в водной толще. Неравенство нагнетаемого я стравливаемого воздушных потоков приводит к тому, что объем скафандра все время меняется, хотя и незначительно. Чтобы предотвратить выброс на поверхность, водолаз надевает грузы и тяжелые галоши, позволяющие ему прочно стоять на грунте и ходить по дну. Тянущийся за водолазом воздушный шланг стесняет его движения, а неизбежная муть, поднимаемая со дна, ограничивает видимость.
Шланг и кабель-сигнал — предмет постоянных забот водолаза. Заклинить или пережать шланг — значит лишиться воздуха, запутать шланг или кабель-сигнал — возникнут серьезные затруднения при подъеме. Иногда водолаз вынужден всплывать на поверхность, перерезав застрявший шланг. При этом он использует остатки воздуха в скафандре.
Существенный недостаток вентилируемого снаряжения — его неэкономичность. Пока водолазу подают в скафандр обычный воздух, проблем не возникает. Но на больших глубинах необходимо перейти на искусственную дыхательную смесь. Вентилировать в этом случае скафандр неудобно и дорого. При глубоководных спусках применяется усовершенствованное снаряжение, оборудованное устройством для регенерации состава атмосферы под шлемом. Нагнетаемая по шлангу свежая смесь поступает в инжектор, с помощью которого смесь из скафандра засасывается в канал, ведущий в регенеративную коробку. Углекислый газ удаляется, вступая там в химическую реакцию с веществом-поглотителем. Расход газа, подаваемого водолазу, в таком снаряжении может быть уменьшен приблизительно в 10 раз.
Стремление к свободе и легкости передвижения под водой заставляло людей работать над созданием снаряжения принципиально иного типа — автономного.
Изобретение акваланга позволило перерубить «пуповину», связывавшую водолаза с обеспечивающим судном. Избавившись от обременяющего шланга и тяжелого неуклюжего скафандра, человек почувствовал себя, как рыба в воде. Простой и надежный в эксплуатации акваланг открыл дорогу в подводный мир миллионам людей.
Подводники с аквалангами погружаются на глубины в десятки метров, соперничая с водолазами в вентилируемом снаряжении. Запас воздуха, необходимого для дыхания, аквалангист несет на себе, в баллонах, укрепленных у него за спиной. Легочный автомат — «сердце» акваланга — снижает давление воздуха от 150- 200 кгс/см 2 до давления окружающей среды и подает его водолазу в момент вдоха в необходимом количестве.
Акваланг относят к автономному снаряжению с открытым или разомкнутым циклом дыхания, потому что выдох производится прямо в воду. При этом теряется много неиспользованного кислорода. В воздухе его содержится 21%, а гемоглобин крови успевает «связать» в среднем лишь 1 /5 этого количества. При повышении давления количество кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается пропорционально глубине, а количество усваиваемого кислорода (точнее, его масса) остается прежним; поэтому процент бесполезно утрачиваемого кислорода еще более возрастает. Азот, который в газообмене не участвует, просто перекачивается легкими из баллонов в воду. Поскольку легочная вентиляция (приведенный к нормальному давлению объем воздуха, проходящий через легкие в единицу времени) на глубине 10 м удваивается, а на глубине 20 м утраивается и т. д., запас воздуха, скажем, в отечественном акваланге АВМ-1М обеспечивает возможность дыхания у поверхности в течение часа, а на глубине 40 м — только 6 — 8 мин (с учетом времени на спуск и подъем).
Наиболее простой способ увеличить время пребывания на глубине — взять с собой больший запас воздуха, т. е. увеличить количество и емкость баллонов или давление воздуха в них. Однако при этом акваланги становятся слишком громоздкими и тяжелыми. Вот почему появилось снаряжение комбинированного типа- шланговые аппараты, в которых воздух, сжатый до 8- 10 избыточных атмосфер, поступает по шлангу из баллонов большой емкости с поверхности прямо в легочный автомат аппарата, надетого на водолаза. В случае внезапного прекращения подачи воздуха или запутывания шланга водолаз может легко отцепить его и спокойно выйти на поверхность, переключив аппарат на аварийный запас воздуха, который находится в небольших баллонах за его спиной. Однако ввиду применения шланга не устраняются недостатки и неудобства в работе, которые присущи вентилируемому снаряжению. Водолаз теряет автономность — самое ценное свойство акваланга.
Наиболее перспективный вид автономного снаряжения — снаряжение с замкнутым циклом дыхания. В нем теоретически возможно стопроцентное использование имеющихся запасов кислорода за счет постоянной циркуляции смеси по системе легкие-дыхательный мешок аппарата. Прежде чем попасть в мешок и оттуда снова в легкие, выдыхаемая водолазом смесь проходит через патрон с химическим поглотителем, который удаляет из нее углекислый газ. Расход кислорода во время дыхания пополняется из баллона с помощью кислородоподающего устройства; последнее автоматически обеспечивает приток кислорода в дыхательный мешок.
Еще в предвоенные годы были созданы первые несовершенные образцы снаряжения, относящегося к этому виду, — кислородные дыхательные аппараты. Роль дыхательной смеси в них выполняет чистый кислород. Эти аппараты сложны в эксплуатации, надежность даже современных моделей невысока, и гражданские водолазы их почти не используют. Кислородный аппарат позволяет водолазу достаточно долго находиться в воде, однако диапазон допустимых глубин ограничен. Длительное погружение в этом снаряжении на глубины свыше 15 — 20 м невозможно из-за отравления кислородом.
Чтобы увеличить глубину погружения в аппаратах с замкнутым циклом дыхания, можно использовать вместо чистого кислорода другую дыхательную смесь, например, обычный воздух. Это позволит опускаться на ту же глубину, что и в акваланге. Однако если скорость поглощения организмом кислорода из смеси, зависящая от многих факторов (физической нагрузки, состояния психики водолаза, условий окружающей среды и т. д.), превысит скорость поступления кислорода в дыхательный мешок или станет меньше нее, неизбежно соответственно кислородное голодание или отравление. Чтобы этого не случилось, необходимо постоянно следить за парциальным давлением кислорода в смеси и в случае отклонения от нормы изменять скорость его подачи.
Снаряжение с замкнутым циклом дыхания и автоматическим регулированием состава дыхательной смеси — самое перспективное снаряжение сегодняшнего дня. Обладая максимально возможной экономичностью, оно позволяет в то же время опускаться на любые глубины и работать там в течение нескольких часов. В конструкцию такого аппарата входят весьма сложные элементы: программное устройство, автоматически задающее оптимальный состав газовой смеси в соответствии с текущей глубиной погружения; датчик количества кислорода в газовой смеси, надежно работающий в широком диапазоне (от 21% и более у поверхности до сотых долей процента на глубинах в сотни метров); исполнительное устройство поддерживающее состав дыхательной смеси на заданном уровне, Работы по созданию таких аппаратов ведутся во многих странах мира. Совсем недавно первые их образцы успешно прошли испытания.
В шестидесятых годах были созданы более простые и в то же время весьма экономичные аппараты, относящиеся к так называемому автономному снаряжению с полузамкнутым циклом дыхания. Баллоны такого аппарата содержат обычный воздух или же приготовленную заранее искусственную газовую смесь. Количественное соотношение компонентов может быть различным в зависимости от предполагаемой глубины погружения. Автоматический регулятор обеспечивает постоянное поступление смеси из баллонов в дыхательный мешок. Процесс дыхания, циркуляция смеси и ее химическая очистка происходят подобно аналогичным процессам в снаряжении с замкнутым циклом, за исключением одного существенного отличия. Часть смеси либо непрерывно, либо периодически во время выдоха стравливается в воду, и это, наряду с непрерывным поступлением свежей смеси из баллонов, предотвращает нарушение правильного соотношения компонентов (излишнее накопление какого-либо элемента — кислорода или инертного газа). Чтобы такая система контроля состава смеси действовала эффективно, достаточно за один и тот же промежуток времени стравливать в воду гораздо меньше смеси, чем стравливается в акваланге. Экономичность аппаратов с полузамкнутым циклом примерно в 10 раз превышает экономичность снаряжения с открытым циклом дыхания. Компоненты смеси могут храниться в баллонах раздельно, и их дифференцированная подача в мешок позволяет регулировать состав смеси в зависимости от глубины погружения.
Итак, проблема снабжения водолаза газами для дыхания сегодня уже может считаться в принципе ре-ной. И все же при любой, даже самой совершенной конструкции дыхательного аппарата возможности водолаза ограничены. Это объясняется неприспособленною человеческого организма к существованию в вод-
Неймется, чтоб интим был еще приятнее? Воспользуйтесь услугами проституток. Все индивидуалки Ростова поделились инидивидуальными контактами с пользователями веб портала. Это даст сформировать интим, по меньшей мере в настоящее время!
Источник
Содержание воздуха 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
