Fizyka nurkowania - obliczenia - pytania CMAS

1. Jakie ciśnienie panuje na powierzchni morza?

2. Jakie ciśnienie panuje na głębokości 40m pod powierzchnią wody?

3. W zaporze, na głębokości 40m pod powierzchnią wody znajduje się poziomy otwór o kwadratowym przekroju, którego bok jest równy 10cm. Z jaką siłą może zostać przyssany nurek do tego otworu?

4. W zaporze, na głębokości 1m pod powierzchnią wody znajduje się otwór o kwadratowym przekroju, którego bok jest równy 10cm. Z jaką siłą może zostać przyssany nurek do tego otworu? Czy możemy oczekiwać innej siły jeżeli nieznany jest przebieg kanału za otworem? Jakiej?

5. Nurek przy średnim wdechu ma pływalność zerową (pływalnością w żargonie nurkowym nazywamy różnicę pomiędzy siłą wyporu całkowicie zanurzonego ciała i jego ciężarem). Jaką pływalność będzie miał, jeżeli wypuści z płuc 2l powietrza?

6. Nurek waży 70 kg. Chce zanurkować w Morzu Martwym, w którym na skutek zasolenia gęstość wody wynosi 1,3 g/cm3. Jaką pływalność będzie miał w tych warunkach?

7. Nurek o pojemności całkowitej płuc 6l, ma na pełnym wdechu na powierzchni pływalność 2 kG. Jaką będzie miał po zanurkowaniu z zatrzymanym oddechem do głębokości

a). 10m,
b).20m ?

8. Do jakiej maksymalnej głębokości może bezpiecznie (nie narażając się na uszkodzenie organów wewnętrznych na skutek "zgniecenia") zanurkować z zatrzymanym oddechem nurek o pojemności całkowitej płuc 6l i objętości powietrza zalegającego 1,5l ?

9. Nurek mający bez skafandra pływalność "0" potrzebuje do zrównoważenia swojej pływalności na powierzchni 10 obciążników o ciężarze 0,5 kG.
a).Jaką będzie miał pływalność w skafandrze z tym obciążeniem na głębokości 40m?
b). Ile musi zabrać obciążników by mieć pływalność "0" na tej głębokości?

10. Do jakiego ciśnienia można napełnić aparat Kajman (16l) o ciśnieniu początkowym 50 at korzystając z 40-litrowej butli przemysłowej napełnionej powietrzem do ciśnienia 150 at?

11. Czy zestaw butlowy typu Mors (mający taką samą pojemność) można napełnić do ciśnienia wyższego? Jeżeli tak to w jaki sposób?

12. Ile razy można na głębokości 40 m napełnić kamizelkę wyrównawczą do wyporności 10 kG korzystając z butli 0,5l o ciśnieniu początkowym 150 at? Ile razy można ją napełnić z aparatu o pojemności 16 l o ciśnieniu początkowym 150 at?

13. Głębokościomierz kapilarny po zanurzeniu w wodzie o temperaturze 20° C wskazuje głębokość 1,1m tuż pod powierzchnią wody. Do jakiej temperatury musiał być uprzednio rozgrzany? Czy jest to realna sytuacja?

14. Butle aparatu oddechowego zostały napełnione powietrzem do ciśnienia 150 at. Na drugi dzień, w momencie rozpoczęcia nurkowania, manometr pokazywał 140 at. Jaka temperaturę miało powietrze w butli w momencie ukończenia sprężania, jeżeli jego temperatura w chwili powtórnego pomiaru wynosiła 20° C?

15. Przy nurkowaniu w wodzie o temperaturze 20° C, tuż pod jej powierzchnią, komfort cieplne może zapewnić ci skafander piankowy o grubości 2 mm. Zakładając, że warstwę izolującą cieplnie w skafandrze stanowią jedynie zawarte w neoprenie pęcherzyki powietrza, policz w jak grubej piance musiałbyś nurkować, żeby ten sam komfort cieplny uzyskać na głębokości 40m w wodzie o temperaturze 4° C.

16. Zmierz częstotliwość swojego oddechu na powierzchni. Załóż pojemność takiego oddechu równą 2 l. Oblicz zużycie powietrza na godzinę. Policz czas nurkowania powierzchniowego (tuż pod powierzchnią wody) z aparatem o pojemności butli 16l i ciśnieniu początkowym 150 at.

17. Korzystając z prawa Daltona, oraz przyjmując, że częstotliwością naszego oddechu steruje reakcja układu oddechowego na ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla, łatwo się przekonamy, że pod zwiększonym ciśnieniem będziemy wentylować się z tą samą częstotliwością co na powierzchni (zakładając taką samą objętość każdego wdechu), niezależnie od tego, że faktyczna zawartość tlenu we wdychanym powietrzu jest zwiększona. Korzystając z tej informacji wylicz jak długo możesz oddychać z aparatu z poprzedniego zadania na głębokości 40m.

18. Podczas rzeczywistego nurkowania przebywamy na różnych głębokościach. Zużycie powietrza nie jest stałe w czasie. Załóżmy, że nurkujemy tam i z powrotem do głębokości 40m, zachowując stałą prędkość zanurzania i wynurzania 10m/min. Na dnie ani na powierzchni nie zatrzymujemy się. Na ile takich zejść wystarczy nam powietrza przy założeniu warunków wentylacji z poprzedniego zadania?

19. Policzyć ciśnienia parcjalne azotu i tlenu w powietrzu atmosferycznym.

20. Oddychając czystym tlenem możemy nurkować nie narażając się na zatrucie tlenowe do głębokości 7m. Na jakiej głębokości tlen zawarty w powietrzu zaczyna być toksyczny?

21. Czy mieszając powietrze z tlenem, możemy nurkować do większej głębokości niż oddychając powietrzem o normalnym składzie? Policz granicę toksyczności i skład optymalnej mieszanki powietrzno-tlenowej, zakładając granicę toksyczności dla tlenu 1,6at a dla azotu wylicz ją zakładając próg występowania narkozy azotowej dla powietrza 40m.

22. Mieszanina tlenu z powietrzem nosi nazwa nitroxu. Wylicz maksymalną dopuszczalną głębokość nurkowania na nitroxie 32 i 36. Liczba określa zawartość tlenu w mieszaninie.

23. Ze względu na narkotyczne działanie sprężonego azotu, do nurkowań głębokowodnych stosuje się mieszaniny gazowe, w których jako tzw. czynnik obojętny zamiast azotu stosuje się hel, który oddziaływuje na układ nerwowy nurka dopiero przy znacznie wyższych ciśnieniach parcjalnych. Zaplanować skład mieszaniny tlenowo-helowej umożliwiającej nurkowanie do głębokości 90m. Czy taką mieszaniną można oddychać na powierzchni? Zaproponować optymalny skład mieszanki, z którą odbędziemy część płytką nurkowania.

24. Jakie jest ciśnie nasycenia powietrzem krwi u nurka, który od dawna nie nurkował?

25. Nurek z zadania 24 zdecydował się zanurkować. Na jaką minimalną głębokość musi się zanurzyć, by ciśnienie nasycenia jego krwi powietrzem (oczywiście po odpowiednio długim czasie pobytu w zanurzeniu) mogło osiągnąć 2 at.

26. Ciśnieniem przesycenia nazywamy różnicę aktualnego ciśnienia nasycenia tkanki i ciśnienia otoczenia. Jakie ciśnienie przesycenia wykaże krew nurka z poprzedniego zadania po jego powrocie na powierzchnię.

27. Jakie jest ciśnienie nasycenia azotem krwi nurka z zadania 24 i 25.

28. Na rysunku poniżej przedstawiono kanał o wysokości 3m, znajdujący się w zaporze, przedzielony zastawkami. Oszacować należy prędkości przepływu wody, oraz ciśnienia w punktach zaznaczonych na rysunku kółkami. Zaniedbujemy opory lepkości, zakładamy nieściśliwość wody, oraz różnicę poziomów pomiędzy wysoką (z lewej strony) a niską wodą (z prawej) 10m.

29. Przy oddychaniu z aparatu, powietrze z butli, sprężone do początkowego ciśnienia (150 at) rozpręża się do ciśnienia otoczenia (załóżmy 1at dla płytkiego nurkowania). Przy rozprężaniu wykonuje pracę i oziębia się. Naturalnie ogrzewamy go w naszych w płucach, tracąc ciepło. Ile tabliczek czekolady (580 kcal każda) musimy zjeść po nurkowaniu, żeby odzyskać utracone tą drogą ciepło. Zakładamy, że zużyliśmy cały aparat dwubutlowy (16l), oraz dla uproszczenia zaniedbujemy dopływ ciepła z otoczenia i pojemność cieplną.

(Stanisław Bednarek)