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
- Atmosferę techniczną [at]- jeżeli powierzchnię wstawimy w [cm2], 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 [m2], 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 10mH2O (10m słupa wody). 1l (litr) wody destylowanej waży 1kg, ponieważ 1l=1dm3 a 1dm3=1000cm3 to gdy ustawimy na powierzchni 1cm2 słup wody składający się z 1000cm3 (słup ten będzie miał 10mH2O wysokości), to otrzymamy ciśnienie równe 1at.
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:
- Nadciśnieniu - o ile dane ciśnienie jest wyższe od ciśnienia odniesienia,
- Podciśnieniu - o ile dane ciśnienie jest niższe od ciśnienia odniesienia.
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.