Jak zapisać się na kurs nurkowania!
Kursy nurkowania prowadzimy w Krakowie. Zależy ci na szybkim terminie - skontaktuj się z instruktorem
Tel.: (+48) 501 627 846. lub e-mail. Zawsze możesz zadzwonić i zapytać. Preferujemy kontakt telefoniczny. Więcej.
Ciśnienie, gęstość, objętość gazu w wodzie
fizyka nurkowania
Co to jest ciśnienie?
Cały czas oddziaływane na nas ciśnienie wywierane przez powietrze tworzące atmosferę Ziemi. Tak naprawdę, ciśnienie to ciężar powietrza. Ciśnienie atmosferyczne jest w miarę stałe. Na poziomie morza wynosi około 1000hPa - jest podawane codziennie w czasie prognozy pogody. Ponieważ to informacja dla większości z nas jest nieistotna – nie zastanawiamy się jak ciśnienie na nas wpływa. Pod wodą jest inaczej – zmiany ciśnienia są duże i należy rozumieć, skąd się biorą i jak wpływają na nasze ciało.
Jednostka ciśnienia powszechnie używana w trakcie prognozy pogody jest - Paskal - nie jest on jednostką intuicyjną, my posłużymy się bardziej intuicyjną jednostką - atmosferą techniczną - 1at.
Jedna atmosfera techniczna 1at to naciski jednego kilograma na 1 centymetr kwadratowy. Czy to dużo czy mało? Generalnie jest to spora wartość. Aby to zrozumieć wyobraźmy sobie stół o rozmiarach 1m x 1m, czyli 1m². Na każdy 1cm² stołu dajemy 1kg cukru. Ile będzie ważył cukier zgromadzony na stole? Wiem, nie każdy jest uzdolniony matematycznie, więc odpowiem – 10 ton. Robi wrażenie. Nasze ciało ma powierzchnię około 2m², czyli na nasze ciało działa nacisk 20 ton. Czemu tego nie czujemy? Odpowiedź jaką najczęściej słyszę „bo jesteśmy przyzwyczajeni” jest zła. Nie czujemy tego nacisku bo ciśnienie w nas jest takie samo jak na zewnątrz i równoważy się. Problemy pojawia się, kiedy nie nastąpi wyrównanie ciśnień, chodzi tu głównie o przestrzenie naszego ciała wypełnione powietrzem, takie jak: ucho środkowe, zatoki i płuca. Nasze ciało w większości składa się z wody, która jest nieściśliwa i tam nie trzeba wyrównywać ciśnienia.
Kiedy nurkujemy, oddychamy pod wodą powietrzem o takim samym ciśnieniu, jak ciśnienie otaczającej nas wody. Ta sytuacja ma swoje konsekwencje, w naszych płucach na głębokości np. 20m panuje ciśnienie 3at. Ta może prowadzić do potencjalnie niebezpiecznej sytuacji, którą wyjaśnimy póżniej.
Inną jednostką ciśnienia powszechnie używaną jest 1bar – z definicji 1bar to 10m słupa wody. Dla obliczeń nurkowych można przyjąć że 1bar = 1at (różnica między tymi jednostki jest niewielka i przy obliczeniach nurkowych jest mniejsza niż błąd pomiarowy naszych przyrządów pomiarowych – dlatego nie jest uwzględniana). Wszystkich zainteresowanych zgłębieniem tematu jednostek ciśnienia odsyłam na stronę ciśnienie atmosferyczne, hydrostatyczne, absolutne.
Jak zmienia się ciśnienie pod wodą?
Pod wodą oddziałuje na nas większe ciśnienie, woda ma ciężar znacznie wiekszy od powietrza. Ponieważ ciśnienie pod wodą podajemy jako ciśnienie absolutne, uwzględniamy wartość ciśnienia atmosferycznego. Ponieważ woda jest dużo bardziej gęsta i cięższa niż powietrze, 10 metrów słupa wody wywiera takie samo ciśnienie jak cała atmosfera. Dlatego na każde 10 głębokości podczas zanurzania ciśnienie wzrasta o 1at/bar.
Na głębokości 0 metrów (poziom morza) całkowite ciśnienie wynosi 1 bar/ata.
Na 10 metrach całkowite ciśnienie wynosi 2 bar/ata – 1 powietrza atmosferycznego plus 1 wody.
Na 20 metrach całkowite ciśnienie wynosi 3 bar/ata – 1 powietrza atmosferycznego plus 2 wody.
Na 30 metrach całkowite ciśnienie wynosi 4 bar/ata.
Na 36 metrach całkowite ciśnienie wynosi 4,6 bar/ata.
Jak zmienia się objętość gazu?
Wyobraźmy sobie szklankę, która odwracamy do góry dnem i przykładamy do powierzchni wody, szklanka jest pełna powietrza. Teraz zanurzamy się z szklanką na 10m, gdzie panuje ciśnienie 2at. Ciśnienie jest dwa razy większe, niż na powierzchni, objętość powietrza zmniejszy się dwa razy czyli będzie wynosiła ½ objętości. Czym będziemy głębiej, tym w szklance będziemy widzieli miej powietrza – odwrotnie proporcjonalnie do ciśnienia. Ciśnienie 3at – objętość gazu 1/3, ciśnienie 4at – objętość gazu ¼ itd.
Jak zmienia się objętość i gęstoś gazu?
To że widzimy miej gazu, wcale nie oznacza, że część gazu, gdzieś zniknęła. Ilościowo gazu jest tyle samo, wzrosła tylko jego gęstość. Gęstość gazu jest wprost proporcjonalna do ciśnienia, czyli jeżeli ciśnienie wynosi 2at to gęstość jest 2 razy większa, ciśnienie wynosi 3at – gęstość jest 3 razy większa, ciśnienie wynosi 3,4at – gęstość jest 3,4 razy większa.
Zmiana objętości w trakcie zanurzania?
Kiedy pod wodę zanurza się freediver (wdech bierze na powierzchni i nie korzysta ze sprzętu nurkowego), objętość płuc zmniejsza się wraz z głębokością. Bardzo to upraszczając, możemy powiedzieć, że płuca zachowują się jak gaz w szklance, czym jesteśmy głębiej tym nasze płuca są mniejsze. Nasze płuca nie mogą się zmniejszyć bardzie niż tzw. objętość zalegająca, która wynosi około 1,5l bo nastąpi uszkodzenie pęcherzyków płucnych. Taka sytuacja może wystąpić głębiej niż 30m, większość ludzi na taką głębokość, nigdy nie dopłynie.
Zmiana objętości w trakcie zanurzania ze sprzętem powietrznym?
Kiedy pod wodę zanurza sie płetwonurek, automat oddechowy powoduje, że ciśnienie i gęstość powietrza w naszych płucach jest taka sama jak w otaczającej nas wodzie. Objętość płuc nie zmniejsza się, jak ma to miejsce przy freedivingu. W trakcie nurkowania staramy się normalnie oddychać. Normalne oddychanie w trakcie nurkowania nieznacznie się różni od oddychania na powierzchni – wdechy są głębsze i spokojniejsze i muszą być dostosowane do regulacji pływalności. O regulacji pływalności sporo się dowiesz przy ćwiczeniu - balansowanie na płetwach.
Zmiana objętości w trakcie wynurzania?
Istnieje jedna potencjalnie niebezpieczna sytuacja w trakcie nurkowania. Chodzi o wynurzanie. Kiedy wynurzamy się musimy pamiętać, aby oddychać normalnie, to wystarczy, aby ciśnienie w naszych płucach miało ciśnienie otoczenia. Problem pojawi się, kiedy wstrzymamy oddech. Nasze płuca będą się rozszerzały jak balonik na zdjęciu i możemy doprowadzić do uszkodzenia płuc. Ponieważ w czasie normalnego oddychania nie napełniamy płuc maksymalnie, nawet jak popłyniemy kilka metrów do góry, nic złego się nie wydarzy, jednak kiedy wstrzymamy oddech i wynurzymy się do powierzchni, możemy uszkodzić płuca. Należy pamiętać o bardzo ważnej zasadzie – "nigdy nie wstrzymuj oddechu w trakcie nurkowania". Takie wstrzymanie oddech, zdarza się nurką, którzy wpadną w panikę. Panika zdarza się głównie słabo wyszkolonym nurką – najczęściej w sytuacji zalania wodą maski (dlatego prawidłowe radzenie sobie z zalaną maską jest bardzo ważne).
Kiedy wynurzymy się z głębokości 40m na wstrzymanym wdechu, nasze płuca powinny zwiększyć swoją objętość 5 razy. Nie jest to możliwe, ulegną uszkodzeniu, doprowadzimy do rozerwania płuc. To może prowadzić do bardzo poważnych następstw, włącznie z paraliżem lub śmiercią. Bardzo łatwo tego uniknąć, po prostu stosuj się do zasady – "nigdy nie wstrzymuj oddechu w trakcie nurkowania".