Физические основы погружения

Вопрос 1:  Физические основы погружения

Вопросы:

• Плавучесть
• Давление
• Давление, объем, плотность
• Температура
• Свет
• Цвет
• Видимость
• Звук под водой

ПЛАВУЧЕСТЬ

ПРИНЦИП ПЛАВУЧЕСТИ (ЗАКОН АРХИМЕДА)

Объект, помещенный в воду, выталкивается  вверх силой, равной весу воды, которую он вытесняет.

Если масса вытесняемой предметом воды больше его собственной массы, он плавает по поверхности, т.е. он  обладает положительной плавучестью.

Если масса вытесняемой предметом воды меньше его собственной массы, он тонет, т.е. он обладает отрицательной плавучестью.

Если масса вытесняемой предметом воды равна его собственной массе он не всплывает, но и не тонет,  он зависает в толще воды, т.е. он обладает нейтральной плавучестью.

Если плавучесть изменяется и предмет стремиться к поверхности, значит, плавучесть увеличивается.

Если плавучесть изменяется и предмет погружается, значит, плавучесть уменьшается.

УПРАВЛЕНИЕ ПЛАВУЧЕСТЬЮ

Осуществляется тремя  элементами:

• Жилетом компенсатором плавучести
• Свинцовыми грузами
• Объемом легких
 

СВОЙСТВА ВОДЫ

Соленая вода тяжелее пресной за счет растворенной в ней соли.

Объем вытесняемой предметом воды одинаковый, в пресной и в соленой воде.

При одинаковом объеме, вес вытесненной соленой воды больше чем пресной, соответственно плавучесть в соленой воде больше, чем в пресной.

ДАВЛЕНИЕ

Давление – это сила, приложенная к поверхности определенной площади.  Если, при той же силе площадь удваивается, давление уменьшается вдвое.

На поверхности моря человек испытывает давление воздушного столба высотой 150 км., если взять столб площадью 1 см2, то создаваемое им давление будет равно 1 АТМ.

Атмосферное давление равно по величине тому, которое оказывает столбик ртути высотой 760 мм или столбик пресной воды высотой 10,33 м.

Для простоты расчетов на практике за единицу давления принимают условную техническую атмосферу  давление 10  метрового водного столба. Таким образом, гидростатическое давление, т.е. давление водного столба увеличивается в морской воде на 1 атм при опускании на каждый десяток метров. Сумма атмосферного и гидростатического давлений называется абсолютным давлением.

Например, на глубине 30 м оно равно Рабс = Ратм + Ргидр =1+3=4 атм.

ДАВЛЕНИЕ, ОБЪЕМ И ПЛОТНОСТЬ

При увеличении давления, плотность воздуха возрастает прямо пропорциональна давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза плотность воздуха возрастает в 2 раза.

При увеличении давления объем воздуха уменьшатся обратно пропорционально давлению, т.е. при увеличении давления в 2 раза объем уменьшится в 2 раза.  

ТЕМПЕРАТУРА

Температура тела живого и здорового человека, которая колеблется около 36,6 “С, выше температуры воды.

При нахождении пловца в воде возникает теплоотдача — мощный поток тепловой энергии из организма в окружающую воду.

Теплоемкость воды в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз выше, чем у воздуха. Все это ведет к большим теплопотерям организма и переохлаждению, что может закончиться потерей сознания и даже смертью. Поэтому время пребывания человека в воде, даже в тропически теплой, ограничено.

Как правило, температура воды постепенно понижается с глубиной, достигая в глубоководных зонах примерно 3—4 Гр , а в полярных областях опускается до нуля уже на глубине 30 м. Нередко поверхностные водные массы, прогретые солнышком, в силу разных свойств отделены от холодных масс четкой видимой границей — термоклином.

Термоклин в виде тонкого (1 —2 м высотой), мутного слоя — явление достаточно забавное. Иногда случается, что голова подводника наслаждается теплом в 10 — 12 “С, а пальцы ног немеют в ледяной воде под термоклином. Сезонный термоклин четко выражен в озере Байкал и наших северных морях. Иногда водные массы имеют мозаичное распределение, и тогда холодные и теплые слои чередуются.

Для уменьшения тепловых потерь подводники создают прослойку воздуха или нагретой воды между телом и окружающей водой при помощи защитной спецодежды — гидрокостюма.

СВЕТ

Наши глаза в водной среде менее эффективны, чем на суше.  Это следствие явление рефракции. Оно  заключается в преломлении и отражении световых лучей на границе двух сред с различными плотностями. В роговице, хрусталике и стекловидном теле глазного яблока лучи преломляются таким образом, что фокусируют изображение видимого объекта на сетчатой оболочке задней стенки глазного яблока. Сетчатка же, состоящая из чувствительных клеток — палочек и колбочек, преображает световые сигналы в нервные, которые проходят по глазному нерву в анализирующий центр мозга.

Коэффициент преломления солнечных лучей в воде приблизительно равен таковому в глазах человека. Поэтому они слабее преломляются в роговице, и изображения предметов фокусируются где-то за сетчаткой, оставляя на ней лишь неясные образы. Для устранения дефекта мнимой дальнозоркости, используют маску, которая создает воздушную прослойку между глазом и окружающей водной средой. Теперь лучи перед попаданием на глаз проходят через слой воздуха, что возвращает эффективность зрению. Однако проходящие через стеклянную маску лучи преломляются еще перед рефракцией в глазных структурах, искажая действительность: все предметы кажутся крупнее и ближе приблизительно на 25%. Начинающим подводникам приходится привыкать к постоянному обману зрения под водой.

ВИДИМОСТЬ

Световые лучи, входящие в воду, не только отражаются и поглощаются, но и частично рассеиваются. Чем больше взвешенных частиц в воде, тем сильнее световое рассеивание и тем хуже видимость под водой. Так, высокая прозрачность в открытом океане обусловлена скудостью планктона и отсутствием органической донной взвеси. А вот видимость в устьях рек, воды которых несут в море громадную массу взвешенной органики, близка к нулю. Во многих морях и озерах прозрачность имеет сезонную динамику. Например, часто можно услышать в разговоре выражение “вода зацвела” — это значит, что она прогрелась до определенной температуры, и одноклеточные водоросли стали бурно размножаться, создавая взвесь и уменьшая прозрачность. Скажем, в озере Байкал весной и в начале лета видимость под водой достигает 40 м, и мелкие детали живописных подводных скал, круто уходящих на километровую глубину, отлично просматриваются с борта моторной лодки. В конце июня прогретая на поверхности вода “зацветает” — масса водорослей понижает видимость до расстояния вытянутой руки. Прогретые массы, однако, держатся в поверхностном слое 15 — 20 м высотой, а под термоклином сохраняется байкальская ледяная вода, хрустально—прозрачная и чистая.

Рассеяние световых лучей приводит к постепенному понижению освещенности с глубиной. Скорость затемнения зависит от прозрачности воды. В тропических морях с хорошей видимостью так светло, что глубину в 40 м можно не заметить, если не следить по приборам. В Белом море сумерки наступают на 20 м, а на 40 уже черно, как в фотокомнате.

ЦВЕТ

• красные лучи поглощаются на глубине 5м;
• оранжевые лучи поглощаются на глубине 10м;
• желтый лучи поглощаются на глубине 20м;
• зеленые лучи поглощаются на глубине 40м;
• голубые лучи поглощаются на глубине – 50 м.

Для того, чтобы ваш партнер или страхующий лучше вас видел, рекомендуется использовать гидрокостюмы и снаряжение ярких расцветок. Только помните, что многие цвета, ласкающие глаз ядовитой тональностью на земле, в воде теряют яркость. Например, красный становится темно-фиолетовым, и вскоре вообще превращается в черный. Поэтому многие предметы легководолазного снаряжения окрашены желтым: полосы на гидрокостюмах, баллоны многих аквалангов, дополнительные легочные автоматы.

ЗВУК ПОД ВОДОЙ

На суше мы нередко ориентируемся в пространстве по звукам, поскольку расположение их источника определить, как правило, нетрудно. Подводники, увы, этим похвастаться не могут. Если источник звука находится над поверхностью воды, звуковые волны отражаются от нее, не проникая на глубину.

Бесполезно что — либо сверху кричать пловцу, который уже погрузился под воду.

В водной среде звуковые волны распространяются во всех направлениях, а их скорость увеличивается в 4 раза. Это создает массу неудобств. Например, аквалангист не сможет определить по шуму мотора, где и на каком расстоянии движется лодка. Потеряв из виду партнера в мутной воде, можно слышать вблизи его дыхание и клокотание выдыхаемых пузырей из легочного автомата, но так и не обнаружить того, кто их пускает. Щелканье и пронзительные крики дельфинов наполняют собой все окружающее пространство, но сами животные могут появиться с самой неожиданной стороны.