Ciśnienie w nurkowaniu

fizyka nurkowania

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:

Poniżej przedstawiam zależności pomiędzy poszczególnymi jednostkami ciśnienia:

1at = 0,1MPa = 1bar= 10m H2O

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

paskal bar kG/m2 kG/cm2
(at)		 (atm) tor [Tr]
mmHg
1 Pa (N/m2) = 1 10-5 0,102 0,102×10-4 0,987×10-5 0,0075
1 bar (daN/cm2) = 100.000 1 10200 1,02 0,987 750
1 kG/m2 = 9,81 9,81×10-5 1 10-4 0,968×10-4 0,0736
1 (at) = 1 kG/cm2 = 98100 0,981 10000 1 0,968 736
1 atm) = (760 tor [Tr]) = 101325 1,013 10330 1,033 1 760
1 tor [Tr] = 1 mmHg = 133 0,00133 13,6 0,00132 0,00132 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). Jeżeli chcesz przeczytać więcej o zmianach ciśnienia w górach zajrzyj na stronę ciśnienie atmosferyczne w górach.

Ciśnienie hydrostatyczne

Ciśnienie hydrostatyczne Phydr - pochodzące od słupa wody (H2O), wzrasta liniowo co 10m H2O o 1at w wodzie słodkiej. Można je wyliczyć z wzoru:

Phydr = D/10 [at]

gdzie: D - głębokość wyrażona w metrach [m]

Aby obliczyć więc ciśnienie hydrostatyczne panujące na głębokości 22m należy za D podstawić wartość 22m, i otrzymamy:

Phydr = 22/10 = 2,2at

Ciśnienie absolutne

Ciśnienie absolutne Ptot - określa wartość ciśnienia, określoną w stosunku do próżni. W obliczeniach nurkowych mówiąc o ciśnieniu działającym na nurka, mówimy właśnie o ciśnieniu absolutnym, które jest sumą ciśnienia atmosferycznego i hydrostatycznego. Wzór na ciśnienie absolutne ma postać:

Ptot = Phydr + Patmo

Ciśnienie działające na płetwonurka to suma
ciśnienia hydrostatycznego i atmosferycznego.

W praktyce stosuje się wzór, w którym ciśnienie hydrostatyczne wylicza się wstawiając głębokość w metrach a wartość ciśnienia atmosferycznego przyjmuje się równą 1at.

Ptot = D/10 + 1 [at]

Przykład: Ciśnienie absolutne dla głębokości 22m wynosi:

Ptot = 22/10 + 1 = 3,2at

W przypadku w których dane ciśnienie porównujemy do innego ciśnienia możemy mówić o:

Zadanie 1

Jakie ciśnienie w [at] panuje na poziomie morza?

Na poziomie morza panuje ciśnienie atmosferyczne - pochodzące od nacisku słupa powietrza. Dla obliczeń nurkowych przyjmuje się że wynosi 1at.

W górach ciśnienie jest niższe, zależy od wysokości n.p.m.. Ważny czynnik przy nurkowaniach w górach ze względu na konieczność zmiany stosowanych tabel dekompresyjnych.

Zadanie 2

Jakie ciśnienie w [at] panuje na głębokości 20m?

Jest to suma ciśnienia atmosferycznego i hydrostatycznego. Przyjmujemy, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 1at. Ciśnienie hydrostatyczne zmienia się o 1at co każde 10m słupa wody. Mamy więc

1at + 2at = 3at

(różnicę w gęstości wody słodkiej i słonej zaniedbujemy)

Zadanie 3A

Gęstość powietrza wraz ze wzrostem głębokości zwiększa się ([Prawda]/[Fałsz])?

Prawda. Powietrze jest ściśliwe, dlatego ze wzrostem głębokości jego gęstość będzie się zwiększała w taki sam sposób jak rośnie ciśnienie. Jeżeli ciśnienie wzrośnie:

2 razy (10m) to gęstość również - zwiększy się 2 razy

3 razy (20m) to gęstość również - zwiększy się 3 razy

4 razy (30m) to gęstość również - zwiększy się 4 razy

Zadanie 3B

Gęstość wody wraz ze wzrostem głębokości zwiększ się ([Prawda]/[Fałsz])?

Fałsz. Woda jest praktycznie nieściśliwa, w związku z tym jej gęstość wraz z głębokością się nie zmienia. Gęstość wody zależy głównie od temperatury oraz zasolenia.