Fizyka nurkowania

Ciśnienie w nurkowaniu - zależność między ciśnieniem a objętością

 

Ciśnienie w nurkowaniu

Ciśnienie odziaływuje 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

z wzoru powyższego można wyprowadzić więc jednostki ciśnienia:

• 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 [atmosfera techniczna] (at)	atmosfera fizyczna (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 atmosfera techniczna (at) = 1 kG/cm2 =	98100	0,981	10000	1	0,968	736
1 atmosfera fizyczna (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).

 

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.

Korzystając z powyższych informacji możemy obliczyć:

• jakie ciśnienie panuje na poziomie morza? (zadanie 1A)
• jakie ciśnienie panuje na dowolnej głębokości? (zadanie 2A)