3_-_fizyka_nurkowania.pdf

(1138 KB) Pobierz
3
FIZYKA
NURKOWANIA
Fizyka przyda się każdemu nurkowi a
fizyka nurkowania
w szczególności.
Takie pojęcia jak: ciśnienie, atmosfera, bar, ciśnienie parcjalne, przemiana gazowa to tylko niektóre
pojęcia, które należy poznać.
Zakładam
że
osobą korzystającym z niniejszego skryptu są znane podstawy dotyczące jednostek, tych
z układu SI jak i starego CGS. Przypomnę tylko
że,
jednostkami:
długości w układzie SI metr [m] a w układzie CGI centymetr [cm]
i odpowiednio pola powierzchni jest [m2] lub [cm2]
a objętości jest [m3] lub [cm3] czy litr [l]
jednostką siły [N] i odpowiednio [KG] (kilogram siły)
1 – CIŚNIENIA; ATMOSFERYCZNE, HYDROSTATYCZNE, ABSOLUTNE
Ciśnienie w nurkowaniu - zależność między ciśnieniem a objętością
Ciśnienie w nurkowaniu
Ciśnienie oddziałuje na człowieka cały czas, niezależnie od tego czy jesteśmy nad czy pod wodą.
Każda prognoza pogody zawiera informacje o ciśnieniu. Wartość ciśnienia zmienia się w ciągu doby, raz
ciśnienie rośnie, a innym razem maleje.
W górach panuje mniejsze ciśnienie niż na poziomie morza. Jednak wszystkie te zmiany są małe w
stosunku do zmian ciśnienia w czasie nurkowania. W prognozie pogody ciśnienie podawane jest w hPa
(hekto Paskalach), w nurkowaniu posługujemy się
at
(atmosferami technicznymi) i
bar
(barami).
To właśnie zmiany ciśnienia są przyczyną wielu chorób związanych z nurkowaniem, chodzi tu
głównie o wszelkiego rodzaju urazy ciśnieniowe, mniej lub bardzie niebezpieczne dla naszego zdrowia.
Temat ciśnienia i jego zmian w trakcie nurkowania, niewątpliwie jest ważny, wymaga dokładnego
zrozumienia.
Co to jest ciśnienie?
Ciśnienie P wywołuje siła F działająca na daną powierzchnię S. To prosta regułka pozwoli nam
napisać jednostkę ciśnienia (a nawet powiem więcej, kilka jednostek, bo pomiar ciśnienia może być
podawany w wieloraki sposób)
Ciśnienie P wywołuje siła F działająca na daną powierzchnię S
z wzoru powyższego można wyprowadzić więc jednostki ciśnienia:
atmosferę techniczną
[at]- jeżeli powierzchnię wstawimy w [cm
2
], a siłę w [KG] to otrzymamy
ciśnienie w [at] (atmosferach technicznych)
atmosfera fizyczna
[atm] - odpowiada 760mmHg, ma zastosowanie w fizyce. Często stosowane
oznaczenie to [ATA] oznacza ciśnienie absolutne wyrażone w atmosferach fizycznych.
Paskal
- jeżeli powierzchnię wstawimy w [m
2
], a siłę w [N] to otrzymamy ciśnienie w [Pa]
(Paskalach). Paskal jest bardzo małą jednostką, dlatego w praktyce operuje się większą jednostką jaką
jest [MPa] Mega Paskalami 1MPa=1 000 000Pa. Mimo
że
[Pa] jest legalną jednostką układu SI w
nurkowaniu nie jest stosowany, przyjęło się podawać ciśnienie w atmosferach technicznych [at] i
barach [bar]. Mega paskale [MPa] używa się w urządzeniach podlegających pod dozór techniczny,
takich jak np. sprężarki. Na szczęście przeliczenie na [at] i [bar] jest dosyć proste, dla potrzeb
nurkowych można stosować z powodzeniem zaproponowany poniżej przelicznik.
Bar
- często podaje się również ciśnienie w barach [bar]. Jeden bar to z definicji 10mH
2
O (10m słupa
wody). 1l (litr) wody destylowanej waży 1kg, ponieważ 1l=1dm
3
a 1dm
3
=1000cm
3
to gdy ustawimy
na powierzchni 1cm
2
słup wody składający się z 1000cm
3
(słup ten będzie miał 10mH
2
O wysokości),
to otrzymamy ciśnienie równe 1at.
Poniżej przedstawiam zależności pomiędzy poszczególnymi jednostkami ciśnienia:
1at = 0,1MPa = 1bar= 10m H
2
O
Należy również pamiętać
że
jest atmosfera fizyczna [Atm]
1Atm = 1,033at
Stosowanie atmosfery fizycznej w obliczeniach nurkowych nie ma większego sensu, ponieważ
żadne
przyrządy nie są wyskalowane w tych jednostkach.
Manometry
są wyskalowane w atmosferach technicznych
[at] lub barach [bar] i takie jednostki należy stosować (PADI uparło się na prowadzenie obliczeń w
atmosferach fizycznych).
Dokładne zależności między poszczególnymi jednostkami zostały zestawione w poniższej tabelce
kG/cm
2
atmosfera
2
[atmosfera
paskal bar
kG/m
fizyczna
techniczna]
(atm)
(at)
10
-5
0,102 0,102×10
-4
0,987×10
-5
1 Pa (N/m
2
) =
1
1 bar (daN/cm
2
) =
1 kG/m
2
=
100.000
1
9,81
9,81×10
-5
0,981
10200 1,02
1
10
-4
0,987
0,968×10
-4
0,968
tor
[Tr]
mmHg
0,0075
750
0,0736
736
1 atmosfera techniczna (at)
98100
=
2
1 kG/cm =
10000
1
1 atmosfera fizyczna (atm)
101325 1,013
=
(760 tor [Tr]) =
1 tor [Tr] = 1 mmHg =
133
0,00133
10330 1,033
13,6
0,00132
1
0,00132
760
1
CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE
Ciśnienie atmosferyczne
- to ciśnienie pochodzące od nacisku słupa powietrza. Ciśnienie
atmosferyczne jest podawane w prognozach pogody, jednostką jest hPa. Normalne ciśnienie to około
1000hPa (dawniej było podawane w milimetrach słupa rtęci [mm Hg]). Dla celów nurkowych przyjmuje się
że
na poziomie morza wynosi ono 1at, daje to wystarczającą dokładność w obliczeniach.
Patmo = 1at
W górach ciśnienie atmosferyczne jest niższe, zmniejsza się z wysokością n.p.m.. Ważny czynnik
przy nurkowaniach w górach ze względu na konieczność zmiany stosowanych tabel dekompresyjnych oraz
„wyzerowania” głębokościomierza (kompensacja wysokościowa). Do pomiaru ciśnienia są stosowane
barometry rtęciowe lub mierniki elektroniczne.
Ciśnienie powietrza zmienia się w przybliżeniu wykładniczo wraz z wysokością n.p.m. Powietrze
staje się coraz rzadsze i chłodniejsze. Przykładowo, ciśnienie na wierzchołku Mount Everest (8 848 m
n.p.m.) wynosi ok. 310 hPa. Natomiast połowa ciśnienia z poziomu morza, czyli 500 hPa, występuje na
wysokości ok. 5600 m n.p.m. Powyżej wysokości 5800 m n.p.m. nie jest możliwe długotrwałe przebywanie
człowieka bez dodatkowego tlenu. Mimo zdolności adaptacyjnych ludzkiego organizmu, procesy
wyniszczające organizm są powyżej tej granicy tak silne,
że
tak wysokie partie gór zyskały sobie miano
Strefy
Śmierci.
Należy odróżnić faktyczne ciśnienie powietrza w danym miejscu od podawanego w prognozach
pogody. W prognozie pogody podawane jest ciśnieniem znormalizowane - tzn takie jakie panuje w danym
miejscu przy założeniu,
że
to miejsce znajduje sie na poziomie morza. Jeżeli to miejsce w rzeczywistości
znajduje się np. dajmy na to na wysokości 1000m n.p.m. należy dokonać odpowiednich przeliczeń.
Poniżej zamieszczam tabelkę z wyliczonymi zmianami ciśnienia zależnie od wysokości - skok co 100m
Wykres zmian ciśnienia dla mmHg według danych z tabeli
Wykres zmian ciśnienia dla hPa według danych z tabeli
Wzory barometryczny
Wzór barometryczny – wzór określający zależność między wysokością w metrach nad poziomem morza A, a
ciśnieniem atmosferycznym Po
Ph=Po*exp(-0,000125*A)
gdzie:
Ph
- ciśnienie w górach na wysokości A (w takich samych jednostkach jak Po)
Po
- ciśnienie na poziomie morza (760mmHg lub 1013hPa)
wysokość nad poziomem morza w metrach [m]
Przykład:
Nurkujemy w górach na wysokości 1665m.
Jakie ciśnienie panuje na tej wysokości?
Ciśnienie na wysokości 1665m.n.p.m zostało obliczone z wzoru Ph=Po*exp(-0,000125*A)
gdzie A to wysokość ponad poziomem morza w [m] Ph=1013*exp(-0,0000125*1665) = 822hPa
czyli jest o 191hPa niższe od tego na poziomie morza.
Spadek ciśnienia ma wpływ na głębokość przystanków dekompresyjnych oraz prędkość wynurzania,
tu tylko zaznaczę,
że
przystanki będą płycej, a prędkość wynurzania będzie mniejsza. Więcej wiadomości
znajdziesz w dziale nurkowanie w górach.
Co mówią zmiany ciśnienia?
Zmiany ciśnienia pomagają w przepowiadaniu pogody, poniżej zamieszczam podstawowe zasady.
Powolny spadek barometru o 2 – 3 mm/dobę = odległy spadek ciśnienia bez znaczącej zmiany
pogody.
Spadek o 1 –2 mm/godzinę = bliskie zakłócenia, krótkotrwałe opady.
Duży spadek o 6 – 10 mm w ciągu 4 – 5 godzin = burza, wichura, silne wiatry.
Powolny i trwały spadek o bardzo niskiej amplitudzie = trwała brzydka pogoda.
Szybki wzrost = krótkotrwała ładna pogoda.
Regularny wzrost = ładna sucha pogoda, a zimą suche chłodne powietrze.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin