Принципы физики в дайвинге
В этом разделе мы рассмотрим принципы физики, оказывающие влияние на дайвинг.
Что не мешает вам узнать про дайвинг, так это какая именно наука стоит за его принципами.
Физика стоит за многими процессами в дайвинге.
Вам важно понимать, что происходит под водой и как эти процессы, такие как изменение давления и температуры, могут повлиять на ваше тело. Мы склонны опираться на наше водное снаряжение, чтобы дышать под водой и оставаться там так долго, как потребуется.
Еще плавучесть зависит от нашего веса и способа дыхания. Все эти сведения вместе очень важны для вашего удовольствия и безопасности под водой. В этом разделе мы рассмотрим принципы физики, оказывающие влияние на дайвинг.
Плавучесть
Сточки зрения непрофессионала, плавучесть есть способность держаться на воде. В физике это сила, противостоящая погружению тела в воду или газ. Плавучесть дает возможность плавать или держаться на воде как можно легче. Закон Архимеда гласит, что любой объект, полностью или частично погруженный в жидкость, выталкивается из нее силой, пропорциональной весу вытесненной жидкости. Шлюх Свердловска, vip проститутки смотрите на сайте
Другими словами, объект будет плавать, если его плотность меньше плотности жидкости и утонет, если его плотность будет выше. В таком случае объект будет называться объектом с отрицательной плавучестью. Существует и нейтральная плавучесть, в этом случае объект и жидкость имеют одинаковую плотность.
Морская соль делает морскую воду более плотной, чем вода пресная. Поэтому в морской воде плавать намного легче. В дайвинге, если у вас положительная плавучесть, очень проблематично держаться вдали от рифов. Вам нужно увеличить общий вес, чтобы опуститься под воду.
Для того, чтобы соблюдать необходимое равновесие между плавучестью тела и выталкивающей силой воды, вам потребуется опыт и много практики.
Газовые законы
Знание этих законов поможет вам понять поведение газов под водой. Есть несколько актуальных для дайвинга законов: Закон Бойля-Мариотта, закон Шарля, закон Дальтона и Генри.
Закон Бойля-Мариотта
Согласно этому закону, существует обратная зависимость между давлением и объемом. Если давление повышается, наблюдается снижение объема газа.
Это в случае, когда температура остается постоянной.
Изменение давление по мере погружения
Подобно обратной связи между давлением и объемом, существует прямая связь между между давлением и плотностью газа. Дайверы, погружаясь глубже, начинают потреблять воздух быстрее как раз из-за того, что с ростом давления объем газа увеличивается и он становится плотнее.
Закон Карла
В нем говорится, что если есть изменение давления фиксированной массы газа, то существует прямая зависимость между температурой и объемом. С ростом температуры будет увеличиваться объем.
В дайвинге давление возрастает по мере погружения. Вы должны помнить, что когда вы дышите, давление должно совпадать с давлением воды. Чтобы этого добиться, используется регулятор дыхания. Это система клапанов, снижающая давление сжатого воздуха, который содержится в дайвинг-цилиндре, чтобы давление совпадало с давлением воды.
Закон Далтона
Согласно этому закону парциальное давление со стороны газовой смеси равно сумме давлений со стороны газов, если они представлены в общем объеме, если газы не реагируют друг с другом.
В общем, газы для дыхания представляют собой смесь, состоящую из кислорода и одного или нескольких инертных газов. Безопасный для дыхания газ должен содержать достаточное количество кислорода. Он не должен содержать окиси углерода, двуокиси углерода и других вредных газов. Кроме того, газ для дыхания не должен доходить до токсичного уровня, если он используется под высоким давлением.
Чем глубже опускается дайвер, тем больше давление воды на уровне легких. Для поддержания постоянного объема газа используется регулятор, который позволяет взять газа больше.
Давление воды также увеличивается по мере опускания дайвера, и увеличивается количество молекул газа в определенном объеме. Это приводит к большему потреблению отдельных газов. Не стоит забывать, что безопасные газы, такие как кислород и азот под давлением могут быть токсичными.
Когда парциальное давление азота увеличивается, большее его количество растворяется в крови. Если содержание азота в крови увеличивается, это приводит к нарушениям нервных импульсов и приводит к эффектам, напоминающим действие алкоголя. Для организма это крайне опасно, может развиться так называемый азотный наркоз.
Закон Генри
Закон Генри утверждает, что при увеличении давления количество газов, поглощаемых организмом, увеличивается. Это имеет к дайвингу непосредственное отношение.
Чем глубже опускается дайвер, тем более возрастает давление воды, и оно уменьшается, когда он поднимается Инертные газы поглощаются тканями организма в зависимости от глубины.
Если дайвер поднимается быстро, окружающее давление падает быстро и поглощенный азот выходит, образуя микро-пузырьки в крови, что приводит к декомпрессионной болезни. Чтобы этого избежать, важно подниматься правильно. Если подниматься достаточно медленно, азот будет освобождаться тканями тоже медленно.
Остановки во время подъема называют декомпрессионными.
Это были несколько важных принципов, которые нужно знать. Изучение различных принципов физики, связанных с дайвингом, поможет вам безопасно и эффективно заниматься дайвингом.
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
Физические законы в дайвинге
Техника безопасности в дайвинге тесно связана с физиологией человека. Именно поэтому медицине уделяется особое внимание при подготовке подводных пловцов, ведь это важно для осмысления происходящих с человеком под водой процессов.
О возможных травмах и болезнях, связанных с дайвингом, их профилактике и предотвращении вы сможете узнать, пройдя курс теоретической подготовки в нашем клубе.
В этой статье мы лишь приоткроем завесу и расскажем о некоторой специфике дайвинга, которая может пригодиться неискушенному пловцу (собирающемуся, например, совершить пробное погружение). Здесь же вы найдете советы врача.
Человеческий организм – сложная система, подверженная многочисленным влияниям со стороны внешней среды. Раздел курса «Водолазная Медицина» может быть бесконечным, ведь данному вопросу посвящено множество литературы и исследований. Мы не берем на себя смелость заявлять, что расскажем здесь обо всех аспектах этой темы, мы лишь проведем параллель между «очевидным» и «невероятным».
Фокус в том, что физические законы, действующие на поверхности, «усиливают» свое влияние под водой.
Так, согласно ему, подводный пловец подвержен действию противоположно направленных сил: силы тяжести и силы выталкивания. В зависимости от соотношения этих сил пловец обладает положительной, нейтральной или отрицательной плавучестью. В случае, когда одна сила становится резко больше другой, могут возникать аварийные ситуации вплоть до получения травм: баротравма (разрыв) легких, декомпрессионная болезнь, баротравма уха (разрыв барабанных перепонок), азотный наркоз… Именно поэтому нельзя «выскакивать» с глубины наперегонки “кто быстрее и выше выпрыгнет, как космонавт”, нельзя поднимать предметы со дна с помощью компенсатора плавучести, не рекомендуется прыгать в воду со сдутым жилетом. Необходимо аккуратно погружаться в незнакомых местах и при плохой видимости.
Этот закон тесно связан с законом Архимеда и гласит, что давление и объем обратно пропорциональны. Это важно для подводного пловца, так как его легкие (и некоторые другие полости организма) заполнены воздухом. При погружении воздух внутри сжимается, так как возрастает давление окружающей среды. При всплытии наблюдается обратный процесс: объем воздуха увеличивается при уменьшающемся абсолютном давлении. Отсюда выводы: нельзя задерживать дыхание при плавании с аквалангом, необходимо выдыхать воздух при свободном всплытии (аварийное всплытие на остаточном воздухе в легких), нельзя дышать на глубине сжатым воздухом и затем совершать всплытие на задержке дыхания.
Законы Дальтона посвящены парциальному давлению газов. Согласно им, газы меняют свои физические свойства с изменением парциального (и общего) давления. Так, кислород может стать ядовитым, азот – веселящим газом, гелий – «холодящим» газом, а угарный газ в несколько раз увеличивает свои отравляющие свойства. Таким образом, подводный пловец должен быть посвящен в особенности действия закона Дальтона, иначе он подвергает себя смертельной опасности.
Согласно закону Генри, растворимость газов увеличивается при повышении давления. Следовательно, чем глубже погружение и чем дольше пребывание под водой, тем выше уровень насыщения организма подводного пловца азотом (78% воздушной смеси). Казалось бы, это не так уж и важно, но именно пузырьки азота (образующиеся при нарушении правил погружения и всплытия), вызывают декомпрессионную болезнь (ДКБ).
Нельзя также забывать и о таких врагах подводного пловца, как холод и жара, которые могут вызывать соответственно переохлаждение и перегрев. Симптомы и последствия такого рода влияния окружающей среды на организм варьируются от головокружения до летального исхода, поэтому стоит запомнить два правила: не замерзать под водой, не перегреваться на поверхности.
Под водой вы неизбежно столкнетесь с многочисленными растениями и животными, которые могут быть потенциально опасны. Об этом мы рассказываем подробнее на теоретических занятиях по подготовке подводных пловцов, а также в разделе «Техника безопасности». Главное, что нужно запомнить подводному пловцу – ничего и никого не трогать под водой!
С какими же врачами подводник должен быть «на короткой ноге», чтобы подготовить свой организм к погружениям под воду, а также обезопасить себя от возможных травм? Во-первых, это, конечно, отоларинголог. Уши для пловца – это возможность в принципе преодолеть барьер возрастающего давления окружающей среды. Во-вторых, спецфизиолог: этот врач поможет Вам определить устойчивость организма к воздействию различных газов и болезней, а также вылечит при ДКБ от различных баротравм. В кабинете функциональной диагностики кардиолог «послушает» ваше сердце и сделает спирографию, чтобы определить параметры органов дыхания (объем легких, проходимость дыхательных путей и др.). Дантист же должен аккуратно лечить зубы, чтобы не подвергнуть вас опасности получения баротравмы зуба. Кроме этого, если вы страдаете хроническими заболеваниями, необходимо проконсультироваться с соответствующим специалистом о возможности совершения подводных погружений.
Наши инструкторы советуют регулярно проходить медицинское освидетельствование для вашей безопасности и уверенности в собственном организме.
Источник
