Давление, плотность, объем газа в воде

Что такое давление?

Мы постоянно подвергаемся давлению воздуха, составляющего атмосферу Земли. Давление на самом деле — это вес воздуха. Атмосферное давление относительно постоянно. На уровне моря оно составляет около 1000 гПа — оно указывается ежедневно в прогнозе погоды. Поскольку эта информация неактуальна для большинства из нас, мы не задумываемся о том, как на нас влияет давление. Под водой все по-другому — перепады давления велики, и нам нужно понимать, откуда они берутся и как они влияют на наш организм.

Единицей измерения давления, обычно используемой в прогнозировании погоды, является Паскаль. Это не интуитивно понятная единица, мы будем использовать более интуитивную единицу — техническую атмосферу — 1 ат.

Одна техническая атмосфера (1 ат) равна давлению один килограмм на 1 квадратный сантиметр. Это много или мало? В целом это существенная ценность. Чтобы понять это, представим себе стол размером 1м х 1м, т.е. 1м². На каждый 1 см² стола кладем 1 кг сахара. Сколько будет весить сахар на столе? Я знаю, что не все сильны в математике, поэтому отвечу – 10 тонн. Это производит впечатление. Площадь поверхности нашего тела составляет около 2 м², что означает, что наше тело подвергается давлению в 20 тонн. Почему мы этого не чувствуем? Чаще всего я слышу ответ: «Потому что мы к этому привыкли», и это неверно. Мы не чувствуем этого давления, потому что давление внутри нас такое же, как и снаружи, и оно уравновешивается. Проблемы возникают, когда давление не выравнивается, особенно в заполненных воздухом пространствах нашего тела, таких как среднее ухо, носовые пазухи и легкие. Наше тело в основном состоит из воды, которая несжимаема, и нет необходимости выравнивать давление.

Когда мы ныряем, мы дышим воздухом под водой под тем же давлением, что и давление окружающей нас воды. Такая ситуация имеет свои последствия: в наших легких, на глубине, например, 20 м, давление 3 атм. Это может привести к потенциально опасной ситуации, о которой мы расскажем позже.

Другой часто используемой единицей измерения давления является 1 бар — по определению 1 бар равен 10 м водяного столба. Для расчетов погружений можно принять, что 1бар = 1ат (разница между этими единицами невелика и при расчетах погружений она меньше погрешности измерений наших измерительных приборов, поэтому не учитывается). Всех, кто интересуется темой единиц давления, отсылают на страницу, посвященную атмосферному, гидростатическому и абсолютному давлению .

Как меняется давление под водой?

Под водой мы испытываем большее давление; вода весит намного больше воздуха. Поскольку давление под водой дается как абсолютное давление, мы учитываем значение атмосферного давления. Поскольку вода намного плотнее и тяжелее воздуха, 10-метровый столб воды оказывает такое же давление, как и вся атмосфера. Таким образом, на каждые 10 глубин погружения давление увеличивается на 1 атм/бар.

На глубине 0 метров (уровень моря) общее давление составляет 1 бар/ата.
На глубине 10 метров общее давление составляет 2 бара/атмосферное – 1 атмосфера воздуха плюс 1 вода.
На глубине 20 метров общее давление составляет 3 бар/ата — 1 атмосфера воздуха плюс 2 воды.
На глубине 30 метров общее давление составляет 4 бар/ата.
На глубине 36 метров общее давление составляет 4,6 бар/ата.

Как изменяется объем газа?

Представим себе стакан, который мы перевернули и поставили на поверхность воды; стакан полон воздуха. Теперь ныряем со стаканом на глубину 10 м, где давление составляет 2 атм. Давление вдвое больше, чем на поверхности, объем воздуха уменьшится вдвое, т.е. составит ½ объема. Чем глубже мы находимся, тем меньше воздуха мы увидим в стакане — обратно пропорционально давлению. Давление 3ат – объем газа 1/3, давление 4ат – объем газа ¼ и т.д.

Как изменяются объем и плотность газа?

Тот факт, что мы видим утечку газа, не означает, что часть газа исчезла. Количество газа осталось прежним, только плотность его увеличилась. Плотность газа прямо пропорциональна давлению, т.е. если давление 2ат, то плотность в 2 раза больше, давление 3ат – плотность в 3 раза больше, давление 3,4ат – плотность в 3,4 раза больше.

Изменение громкости при погружении?

Когда фридайвер погружается под воду (вдыхает на поверхности и не использует снаряжение для дайвинга), объем легких уменьшается с глубиной. Если сильно упростить, то можно сказать, что легкие ведут себя как газ в стакане: чем мы глубже, тем меньше наши легкие. Наши легкие не могут уменьшиться меньше так называемого остаточного объема, который составляет примерно 1,5 л, поскольку в этом случае будут повреждены легочные альвеолы. Такая ситуация может возникнуть на глубине более 30 метров, большинство людей никогда не поплывут на такую ​​глубину.

Изменение объема при погружении с бортовым оборудованием?

Когда дайвер погружается под воду, регулятор дыхания обеспечивает такое же давление и плотность воздуха в наших легких, как и в воде вокруг нас. Объем легких не уменьшается, как при фридайвинге. Во время погружения мы стараемся дышать нормально. Нормальное дыхание во время погружения немного отличается от дыхания на поверхности — вдохи более глубокие и спокойные, и их необходимо адаптировать для регулирования плавучести. Вы узнаете много нового о регуляции плавучести во время упражнения — балансирования на ластах .

Изменение громкости при подъеме?

Во время погружения существует одна потенциально опасная ситуация. Речь идет о восхождении. Когда мы всплываем, мы должны помнить о необходимости дышать нормально, этого достаточно, чтобы давление в наших легких соответствовало давлению окружающей среды. Проблема возникает, когда мы задерживаем дыхание. Наши легкие расширятся, как воздушный шар на фотографии, и мы можем повредить их. Так как при обычном дыхании мы не наполняем легкие до максимума, то даже если мы подплывем на несколько метров, ничего страшного не произойдет, но когда мы задержим дыхание и поднимемся на поверхность, мы можем повредить легкие. Важно помнить очень важное правило – «никогда не задерживайте дыхание во время ныряния» . Такой тип задержки дыхания случается у дайверов, которые поддаются панике. Паника чаще всего возникает у плохо подготовленных дайверов — чаще всего, когда маска оказывается затопленной водой (именно поэтому правильное обращение с затопленной маской очень важно).

Когда мы всплываем с глубины 40 м, задерживая дыхание, наши легкие должны увеличить свой объем в 5 раз. Это невозможно, они будут повреждены, и мы приведем к разрыву легких. Это может привести к очень серьезным последствиям, включая паралич или смерть. Избежать этого очень легко, просто следуйте правилу – «никогда не задерживайте дыхание во время ныряния»