Fizyka nurkowania

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.

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)

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

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.

Pomyślmy, płetwonurek waży 60kg i ma pływalność zerową, tzn że wyparł 60l wody. Woda słodka ma ciężar 1kg/l. Teraz też musi wyprzeć 60l wody, aby mógł się zanurzyć, problem w tym że woda ma większą gęstość =1,3kg/l. Różnica w gęstości wynosi:

1,3kg/l-1,0kg/l=0,3kg/l

czyli aby zanurzyć każdy następny kg swojego ciała musi zabrać więcej o 0,3kg. Obliczenie jest już proste

60l*0,3kg/l=18kg

Straszne o 18kg więcej.

Pomyślmy, płetwonurek waży 60kg i ma pływalność zerową, tzn że wyparł 60l wody. Woda słodka ma ciężar 1kg/l.
Teraz też musi wyprzeć 60l wody aby mógł się zanurzyć, problem w tym że woda ma większą gęstość =1,04kg/l.
Różnica w gęstości wynosi:

1,04[kg/l]-1,00[kg/l]=0,04[kg/l]

czyli aby zanurzyć każdy następny kg swojego ciała musi zabrać więcej o 0,04kg. Obliczenie jest już proste

60[l]*0,04[kg/l]=2,4[kg]

Pamiętajmy jadąc np do Chorwacji weźmy dodatkowy balast

Prawda. Przy mniejszym ciśnieniu zewnętrznym pianka zwiększy swoją objętość. Wynika to z budowy pianki. Pęcherzyki gazu zamknięte w neoprenie zwiększą swoją objętość.

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

Na powierzchni panuje ciśnienie1at, a objętość płuc wynosi 6l, płuca nie mogą mieć mniejszej objętości niż 1,5l, mamy więc następujące dane:

V₁=6l; P₁=1at; V₂=1,5l; P₂=?

musimy więc obliczyć P₂

P₂ = P₁ x V₁ / V₂

P₂ = 1at x 6l / 1,5l

P₂ = 4at
przy 4at płuca będą mieć objętość 1,5l. A takie ciśnienie panuje na głębokości 30m.

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

Na 20m panuje ciśnienie 3at a na powierzchni 1at, posiadamy wiec następujące dane:

V₁=6l; P₁=1at; P₂=3at V₂=?

musimy więc obliczyć V₂

V₂ = P₁ x V₁ / P₂
V₂ = 1at x 6l / 3at
V₂ = 2l

Pojemność płuc będzie wynosiła 2l

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

Pojemność płuc płetwonurka na powierzchni wody wynosi V1=6l, ciśnienie jest równe atmosferycznemu czyli wynosi ok. P1=1at. Po zanurkowaniu na głębokość 10m ciśnienie wzrośnie P2=2at. Zmniejszy więc pojemność płuc nurka a wiec i jego pływalność. Po przekształceniu wzoru ze względu na V2 otrzymamy:

V₂=(P₁ x V₁)/ P₂

_{więc po podstawieniu otrzymamy:}

V₂=(1at x 6l)/2at =6l/2 = 3l

Teraz objętość płuc wynosi 3l, czyli zmniejszyła się z 6litrów do 3litrów. Ponieważ jeden litr wody waży 1kg, to pływalność płetwonurka spadnie o 3kg w stosunku do pływalności na powierzchni 6l-3l=3l. Na powierzchni pływalność była dodatnia i wynosiła 2kg, na głębokości 10m będzie wynosić:

+2kg - 3kg = -1kg

Pływalności płetwonurka, będzie więc ujemna o wartość 1kg. Będzie więc tonąć i aby powrócić na powierzchnię wody będzie musiał pokonać siłę ciężkości.

W przypadku nurkowania na głębokość 20m (P2=3at), sytuacja będzie jeszcze bardziej niekorzystna:

P₂ =(1at x 6l)/3at =6l/3 = 2l

Objętość płuc zmniejszyła się do 2litrów. Nastąpił więc spadek pływalności o 4kg (6l-2l=4l).

+2kg - 4kg = -2kg

Pływalności jest ujemna i wynosi -2kg, w takim przypadku zdecydowanie pomocne będą płetwy do wypłynięcia na powierzchnię. Zwrócę uwagę że podobnie jak nasze płuca zachowuje się skafander mokry wykonany z neoprenu. Jego pływalność również będzie mniejsza i zsumuje się z pływalnością płetwonurka.

ilość czynnika oddechowego obliczamy:

mnożąc pojemność butli przez ciśnienie

mamy więc

12l x 200at =2400l
15l x 160at =2400l

w obu butlach jest tyle samo powietrza.

Posiadamy butlę napełnioną do ciśnienia 200at, ale musimy zakończyć nurkowanie z 40at, mamy więc do dyspozycji

200at - 40at = 160at

15l x 160at = 2400l

mamy więc do dyspozycji 2400l a nasze zużycie wynosi 20l/min, więc obliczamy

2400l/min / 20l = 120min

jeżeli będziemy oddychali na powierzchni wystarczy nam na 120min, możemy zauważyć że ciśnienie na głębokości 10m jest dwa razy większe niż na powierzchni w związku z tym czas nurkowania skróci się dwukrotnie

120min / 2 = 60min

analogicznie na głębokości 30m ciśnienie jest cztery razy większe więc będzie

120min / 4 = 30min

w obliczeniach skorzystano z przemiany izotermicznej

Na głębokości 40 m panuje ciśnienie 5at, więc zużycie powietrza jest 5 wrotnie większe niż na powierzchni, czyli 20l/min razy 5 = 100l/min na głębokości 40m.

Do dyspozycji mamy 2400l a w ciągu minuty zużywamy 100l, wiec

2400[l] / 100[l/min] = 24min

a więc zapas czynnika oddechowego wystarczy na 24 minut nurkowania.

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

Na 10m panuje ciśnienie 2at a na powierzchni 1at, posiadamy wiec następujące dane:

V₁=6l; P₁=2at; P₂=1at V₂=?

musimy więc obliczyć V₂

V₂ = P₁ x V₁ / P₂

V₂ = 2at x 6l / 1at

V₂ = 12l

Na powierzchni balonik będzie miał objętość 12l. jego objętość zwiększy się z 6l na 12l czyli o 100%.

Podobnie będzie zachowywać się czynnik oddechowy w naszych płucach. Pamiętaj więc aby przy wypływaniu w sprzęcie powietrznym wykonywać wydech. Unikniesz urazu ciśnieniowego płuc

Korzystamy z prawa Daltona (ciśnień parcjalnych)

Pazotu=78%*P₀=0,78*1at=0,78at,
Ptlenu=21%*P₀=0.21*1at=0.21at

Należy ułożyć proporcję która odpowie na pytanie przy jakiej głębokości zostanie przekroczone ciśnienie parcjalne 1,6at. Na powierzchni (1at) ciśnienie parcjalne wynosi 0,21at, to na jakiej głębokości ciśnienie parcjalne będzie wynosić 1,6at.

1at = 0,21at

x = 1,6at

x =1at*1,6at/0,21at=7,6at

a takie ciśnienie panuje na głębokości 66m.

Przy oddychaniu 100% tlenem, jego ciśnienie parcjalne jest równe ciśnieniu otoczenia (występuje tylko jeden gaz). Dopuszczamy więc nurkowanie do 6m przy użyciu czystego tlenu (ciśnienie otoczenia: 1,6 at).

Należy ułożyć proporcję, która odpowie na pytanie, przy jakiej głębokości zostanie przekroczone ciśnienie parcjalne tlenu 1,6at. Na powierzchni (1at) ciśnienie parcjalne tlenu dla nitroksu EAN 40 wynosi 0,40at, to na jakiej głębokości ciśnienie parcjalne będzie wynosić 1,6at.

1at = 0,40at

x = 1,6at

x =1at * 1,6at/0,40at = 4at

a takie ciśnienie panuje na głębokości 30m.

Nitrox EAN 40 posiada skład 40% tlenu i 60% azotu ciśnienie parcjalne azotu na 30m (4at) wynosi 4at x 0,60 = 2,4at powietrze posiada skład 21% tlenu i 79% azotu (wliczamy tu również inne gazy). Do obliczeń skorzystamy układając proporcję Posiadamy następujące dane: Na powierzchni panuje ciśnienie p1=1at, a ciśnienie parcjalne azotu wynosi 0,78at to przy jakim ciśnieniu p2 panuje ciśnienie parcjalne azotu 2,4at

1at -------0,78at
x--------2,40at
x = 2,4at x 1at / 0,79at
x = 3,04at
a takie ciśnienie panuje na głębokości 20,4m,

Zadanie to przedstawia jaka jest różnica w nasycaniu się azotem (czyli w dekompresji) zależnie od mieszanki, przy nurkowaniu na Nirtoksie EAN 40 i powietrzu. Nurkowanie na 30m przy użyciu Nitroksu EAN 40 odpowiada nurkowaniu na powietrzu do 20,4m.

Zobacz jaka jest różnica w dekompresji, przy korzystaniu z tabel PADI RDP, lub tabel CMAS Bullmahn

Zobacz również jak obliczyć równoważną głębokość powietrzną wzór stosowany jest przez nurków nitroksowych.