Меню

На какой глубине водолаз будет испытывать давление 300 кпа

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОЛАЗНЫХ СПУСКОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОЛАЗНЫХ СПУСКОВ
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И СВОЙСТВА ГАЗОВ /ВОЗДУХА/
Состав атмосферного воздуха:
• кислород — 21%, необходим для жизнедеятельности организма.
• азот — 78%, в нормальных условиях нейтральный для организма газ.
• углекислый газ — 0,03%, продукт окисления в процессе жизнедеятельности организма, главный раздражитель дыхательного центра.
• аргон — 0,94%; водород, неон и др. -0,01%, нейтральные для организма газы.
• водяные пары — 1-1,5%. Повышение содержания паров раздражает дыхательные пути. Снижение содержания их вызывает избыточную отдачу влаги организмом.

Водолаз до спуска подвергается атмосферному давлению.
Давление атмосферы толщиной около 500 км называется атмосферным или физической атмосферой.
1 атм = 10 м вод. ст. морской воды = 10,33 м вод.ст. пресной воды
В водолазной практике используется так называемая техническая атмосфера, для удобства расчётов.
1 ат = 10 м вод.ст. = 1 кгс/см2

ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
1. Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре во сколько раз увеличивается давление, то во столько же раз уменьшается объём, или наоборот.
Пример: воздух в баллоне 1 л находится под давлением 200 атм. Если весь воздух выпустить из баллона /т.е. уменьшить давление в 200 раз до 1 атм/, то объём воздуха увеличится в 200 раз (вне баллона).

2. Закон Шарля: Для данной массы газа при постоянном объёме давление изменяется линейно с изменением температуры.
Пример: давление в акваланге, заряженного на 200 атм. при погружении в холодную воду уменьшается на 5 — 10 атм.

Газ находящийся в составе газовой смеси производит давление независимо от других газов. Такое давление называется частичным или парциальным.

3. Закон Дальтона: общее давление смеси газов равно сумме давлений каждого газа, входящего в его состав.

4. Закон Генри: количество газа, растворённого в жидкости, прямопропорционально его парциальному давлению на поверхности жидкости

ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И СВОЙСТВА ВОДЫ
/ПО СРАВНЕНИЮ С ВОЗДУХОМ/
• плотность пресной воды равна 1 кг/см3, плотность морской воды зависит от содержания в ней растворённых солей, оно колеблется от 1,002 до 1,032 кг/см3.
• вода практически не сжимаема, на глубине 100 м она уменьшается в объёме всего лишь на 0,05%
• теплоёмкость в 4 раза больше
• теплопроводность в 25 раз больше
• температура воды в верхних слоях зависит от климатических условий и может колебаться в пределах от -2 град./морская вода/ до + 35 град., на глубине 80-100 м температура воды всегда 4-5 град.
• водолаз во время погружения кроме атмосферного давления подвергается ещё и давлению воды /гидростатическому давлению/. С увеличением глубины на каждые 10 метров давление воды возрастает примерно на одну атмосферу. Находясь под водой водолаз всегда будет находиться под суммарным давлением воды и воздуха, которое называется абсолютным давлением. Так, например, на глубине 10 м водолаз будет испытывать давление, равное 2 кгс/см2 (1 кгс/см2 давления воздуха + 1 кгс/см2 давления воды). Давление только одной воды без учёта давления воздуха называется избыточным давлением. Например, на глубине 20 м водолаз находится под абсолютным давлением 3 кгс/см2,соответственно под избыточным давлением 2 кгс/см2.
• скорость звука в воде 1400 -1500 м/с, т.е. звукопроводимость в 4,5 раза больше, чем на воздухе, благодаря большой плотности воды. Звук при переходе из воздушной среды в водную теряет 99,9% своей энергии.
• проводимость света в воде значительно отличается от воздушной среды: длинноволновые красные лучи проникают на глубину 10 — 15 м, оранжевые на 15-20 м, жёлтые на 30 м, зелёные не глубже 100 м, коротковолновые фиолетовые лучи до 150 м.
• На глубину 100 м проникает 1% света — вода бледно-зелёного цвета, на 300 м — темно (на 100 м — кровь зеленого цвета).

Закон Архимеда: Любое тело, погружённое в воду теряет в весе столько, сколько весит объём вытесненной им воды.
Человек в воде сохраняет 10% своего веса, удельный вес человека 0,97 на вдохе и 1,021 — 1,098 выдохе.
• на любое, погружённое в воду тело действуют две противоположно направленные силы, одна из которых направлена сверху вниз — это сила тяжести, а другая снизу вверх — выталкивающая сила. Равнодействующая этих сил называется силой плавучести. Для погашения положительной плавучести используется грузовой пояс.
• полностью одетый в снаряжение пловец должен иметь небольшую отрицательную плавучесть /до 1 кг/. Плавание с нулевой плавучестью вынуждает пловца затрачивать дополнительные усилия на преодоление выталкивающей силы воды.

Читайте также:  Давление насыщенных паров нефти гост 1756

• Термоклин — это зона резкого температурного скачка в сторону понижения, виден как мутный слой в толще воды высотой 1-2 м на границе теплой и холодной воды (скачок температуры может быть до 10-15°С)
• 1 миля сухопутная — 1,61 км; 1 миля морская — 1,852 км

Источник

Показатели давления воды на глубине

Глубина оказывает прямое воздействие на давление воды. Между ними прямая зависимость. Данное значение рассчитывается по специальной формуле. На различных участках глубоководья указанная величина заметно отличается.

Рассмотрим в статье особенности расчет и составляющие формулы, а также отличается ли давление на участках с разной глубиной.

Влияние глубины

Чем глубже происходит погружение в водную толщу, тем больше становится ее сила. Глубина прямо влияет на увеличение давление. Это значение возрастает пропорционально.

Чем глубже, тем больше плотность водной толщи. С каждым последующим опусканием тела возникает все большая разница между внешним и внутренним водным давлением.

На поверхности действует атмосферное давление. При опускании в воду помимо него тела начинают испытывать еще и гидростатическое сдавливание.

Даже на мелководье на тело оказывается суммарное влияние, состоящее из атмосферного и гидростатического. При нырянии внешнее воздействие на тело возрастает. Возникает разница из-за увеличения плотности среды.

Зависимость двух физических показателей

С каждым последующим опусканием на 10 м воздействие становится больше на 1 атмосферу. Уже при погружении на 100 метров тела испытывают давление, соизмеримое с тем, что создается в паровом котле.

С погружением общее давление как на человека, так и на любой другой объект, возрастает. На 10 м оно становится больше вдвое.

Прирост давления на глубоководье неодинаков:

  • На 10 м прирост составляет 100%.
  • На 20 м он уже уменьшается вдвое (50%).
  • На 40 он падает до 25%.
  • На 60 он уже меньше 20% и составляет 17%.

В воде помимо атмосферного давления возникает еще гидростатический прессинг. Он также называется избыточным. При нахождении в воде любой объект будет испытывать уже сумму двух давлений: атмосферного и избыточного.

Зависимость двух величин напрямую прослеживается при изучении состояния человека, находящегося в условиях глубоководья. Если поместить человека в глубоководную среду, то он не сможет сделать полноценный вдох.

Формула для расчета

Данный показатель повышается пропорционально погружению. Он рассчитывается по специальной формуле:

  • p — плотность среды. Примерно равна 1000 кг/м 2 .
  • g — это ускорение, которое придается телу силой тяжести. Это значение называется ускорением силы тяжести или свободного падения. На Земле данная величина примерно равняется 9,81 м/с 2 .
  • h — глубина, на которую погружается какой-либо объект. Высчитывается в метрах.

Формула является выражением закона Паскаля. По ней высчитывается значение гидростатического прессинга. Он напрямую зависит от высоты водного столба.

Произведение плотности (p) и ускорения (g) приблизительно равняется 0,1 атм. С каждым метром опускания на дно воздействие в водной среде повышается на 0,1 атм. Данное правило подтверждает тот факт, что чем глубже происходит опускание в толщу, тем выше становится показатель воздействия.

Сколько составляет на различных глубоководных участках?

Если какой-либо объект поместить в воду на один метр, то он будет испытывать на себе силу, равную 0,1 атм.

Читайте также:  Портативный манометр абсолютного давления

Предмет, погруженный на 2 м, уже станет испытывать прессинг величиной около 0,2.

С каждым последующим метром показатель будет возрастать на 0,1 атм. При 5 м значение равняется 0,5. При 10 оно будет уже равняться 1. Более точное число равняется 0,97 атмосферы.

На глубоководье водная толща становится сжатой. Ее плотность увеличивается. Уже на 100 м сила будет практически равняться 10. Более точное число составляет 9,7.

На глубинном участке в 1 км водная среда будет сдавливать находящиеся в ней объекты примерно со значением в 97 атм. Поскольку при 100 м величина равна 9,7, то на 1000 м она увеличивается в 10 раз.

Изменение показателя на разных глубоководных участках представлено в таблице.

Глубина, на которую объект погружается в воду, в метрах Давление в атмосферах.
1 0,10
2 0,19
3 0,29
4 0,39
5 0,49
10 0,97
15 1,46
25 2,43
50 4,85
100 9,70
200 19,40
250 24,25
500 48,50
1000 97

При первых 10 метрах прирост невысокий и составляет 0,1 атмосферы. Дальше его показатель увеличивается.

Заключение

Глубина влияет на давление воды. С каждым метром движения объекта вглубь его показатель увеличивается на 0,1 атм. Уже на 10 м сдавливающая сила воды составляет почти 1 атмосферу. Зависимость обеих величин обусловлена плотностью воды, которая возрастает по мере движения тела в ней на дно.

Также на глубоководье происходит увеличение внешнего силового воздействия на объект. Если на поверхности тела испытывают воздействие только атмосферного давления, то в воде помимо него на них еще оказывается и гидростатическое.

При этом прирост воздействия на разных глубинных участках неодинаков. Особенно он высок при первых 10 м погружения. Дальше он начинает довольно быстро снижаться.

Источник

Давление под водой в морских глубинах: как измерить

Со школьных лет всем известно, что вода плотнее воздуха. Из-за этого изменение давления под водой с погружением происходит быстрее, чем смена его при увеличении высоты. Так, при спуске на 10 метров происходит рост давления на одну атмосферу. В глубоких океанических впадинах, достигающих 10 тысяч метров, этот показатель составляет 1 тысячу атмосфер. Как узнать, как изменяется давление под водой и как оно влияет на живых существ, будет описано ниже.

Физические расчеты

Плотность соленой морской воды на 1-2% выше показателя пресной жидкости. Поэтому с определенной точностью можно высчитать, какое давление под водой, потому что при погружении на каждые 10 метров происходит его рост на одну атмосферу. К примеру, подводная лодка на глубине 100 метров испытывает давление в 10 атмосфер, что можно сравнить с показателями внутри парового котла в паровозе. Из этого следует, что каждому слою в море соответствует свой гидростатический показатель. Все подводные лодки снабжены манометрами, которые измеряют давление воды за бортом, на основании чего можно определить степень погружения.

На большой глубине становится заметной сжимаемость воды, поскольку ее плотность в глубоких слоях выше, чем на поверхности. И давление растет быстрее, чем по линейному закону, из-за чего график слегка отклоняется от прямой линии. Дополнительное давление, вызванное сжатием жидкости, увеличивается пропорционально квадрату. При спуске на 11 км оно составляет около 3% от всего давления на этой глубине.

Как исследуют моря и океаны

При изучении используются батискафы и батисферы. Батисфера — это стальной шар с пустотой внутри, который выдерживает очень высокое давление морских глубин. В стенку батисферы ставится иллюминатор — герметичное отверстие, закрытое прочными стеклами. Батисферу с исследователем опускают с корабля на стальном тросе до того слоя воды, который не может осветить прожектор. Благодаря этому приспособлению удавалось спуститься до 1 км. Батискафы с батисферой (укрепленной внизу большой цистерной из стали), которая заполнена бензином, может достигнуть еще большего погружения.

Читайте также:  Если систолическое давление ниже нормы что делать

Поскольку плотность бензина меньше воды, подобная конструкция может перемещаться в море, словно дирижабль в воздухе. Вместо легкого газа используется бензин. При этом батискаф снабжен запасом балласта и двигателем, благодаря которому он, в отличии от батисферы, может перемещаться самостоятельно, не требуя связи с кораблем на поверхности.

Исследования давления под водой на глубине

Поначалу батискаф плавает по воде, словно всплывшая подводная ложка. Для начала погружения в пустые балластные отсеки вливается забортная вода, из-за чего конструкция начинает опускаться под воду все глубже и глубже, пока не достигнет дна. Для всплытия на поверхность выполняется сброс балласта, и без лишнего груза батискаф легко поднимается на поверхность.

Самое глубокое погружение с использованием батискафа было выполнено 23 января 1960 года, когда он пробыл 20 минут в Марианской впадине на глубине 10919 метров под водой, где давление составляло более 1150 атмосфер (расчет проводился с учетом повышения плотности жидкости из-за сжатия и солености). По итогу эксперимента исследователи обнаружили живых существ, обитающих даже в таких труднодоступных местах.

Давление воды

Ныряя, аквалангист или пловец сталкивается с гидростатическим давлением по всей поверхности тела, при этом оно превышает нормальные показатели его организма. Хотя тело водолаза может не соприкасаться с водой напрямую за счет резинового костюма, он сталкивается с тем же давлением, что оказывает влияние на тело пловца, поскольку воздух в скафандре требуется сжать с учетом показателей окружающей среды. Из-за этого даже подаваемый через шланг воздух для дыхания должен закачиваться с учетом давления воды на предполагаемой глубине. Тот же показатель обязан быть у воздуха, доставляемого из баллонов в маску аквалангиста. Таким образом, ныряльщикам приходится дышать воздухом с непривычными показателями.

Не поможет от давления и водолазный колокол или кессон, поскольку в нем следует сжать воздух, чтобы он не попал под колокол, то есть увеличить до показателей окружающей среды. По этой причине при постепенном погружении происходит постоянная подкачка воздуха с расчетом на давление воды на достигнутой глубине.

Высокие показатели плохо влияют на самочувствие и здоровье человека, из-за чего есть определенный предел, до которого могут работать люди без вреда для здоровья. Обычно при нырянии в водолазном костюме он достигает 40 метров, что соответствует 4 атмосферам. Опуститься на большую глубину водолаз может только в жестком скафандре, который примет на себя давление воды. В нем можно спокойно погрузиться до 200 метров.

Влияние на здоровье человека

При долгом нахождении под водой при высоком давлении немалое количество воздуха растворится в крови и других биологических жидкостях тела. Если произойдет быстрый подъем водолаза на поверхность, то растворенный воздух начнет выделяться из крови в виде пузырьков. Резкое выделение пузырьков может привести к появлению сильной боли по всему телу и привести к кессонной болезни. Поэтому поднятие водолаза, долго проработавшего на большой глубине, может занять много времени (несколько часов), чтобы растворенный газ выделялся постепенно и без пузырьков.

Давление в море и морские животные

Хотя ранее были указаны огромные значения давления, имеющего место на дне моря, для морских животных это не столь существенные показатели. Местные обитатели могут в течении суток легко и спокойно переносить огромные колебания этого показателя. Однако некоторые такие животные очень плохо переносят резкую смену давления. К примеру, при извлечении на сушу морской окунь раздуется, особенно если его очень быстро извлечь из воды.

Атмосферное давление под водой достаточно просто рассчитывается. Достаточно запомнить, что на каждые 10 метров приходится 1 атмосфера. Однако на больших глубинах вступают в силу и другие показатели, такие как сжатие и плотность воды. В связи с чем придется проводить расчет с учетом этих значений.

Источник

Adblock
detector