Fizyka nurkowania - pytania CMAS

(Witold Trybała)

1. Podaj definicję ciśnienia oraz wymień znane ci jednostki ciśnienia. Która z jednostek ciśnienia jest wygodna do stosowania w praktyce nurkowej i dlaczego? Skąd pochodzi ciśnienie hydrostatyczne i jakim wzorem się wyraża?

2. Jaki jest ciężar właściwy wody słodkiej? Jak obliczyć ciśnienie panujące na danej głębokości zbiornika z wodą? Podaj wzór ogólny ( stosowany dla dowolnego ciężaru właściwego wody ) i wzór uproszczony dla wody słodkiej znajdującej się w zbiornikach nizinnych.
Jak i dlaczego zmieni się ciśnienie na danej głębokości, gdy będzie to:

    • zbiornik z wodą słoną?
    • zbiornik wodny położony w wysokich górach?
 

Czy głębokościomierzem mierzymy rzeczywistą głębokość? Dlaczego?

3. Przedstaw prawo Pascala. Jakie ciśnienie panuje w organizmie nurka w przypadku nurkowania:

    • a) na wstrzymanym oddechu,
    • b) przy oddychaniu z aparatu nurkowego.

Jakie jest ciśnienie czynnika oddechowego podawanego nurkowi przez aparat oddechowy i dlaczego?

4. Czy i w jaki sposób zmienia się objętość ściskanych gazów, cieczy i ciał stałych? Na tej podstawie omów wpływ podwyższonego ciśnienia na organizm nurka. Opisz, które części ciała stwarzają problemy przy nurkowaniu, a które nie i dlaczego? Jak nurek radzi sobie z tymi problemami?
Co ogranicza głębokość nurkowania na zatrzymanym oddechu? Oblicz tę głębokość dla przeciętnego organizmu ludzkiego.

5. Podaj treść prawa Archimedesa. Skąd pochodzi siła wyporu pod wodą? Wyprowadź prawo Archimedesa dla kostki prostopadłościennej zanurzonej w toni. Zapisz za pomocą relacji pomiędzy odpowiednimi wielkościami sytuacje tonięcia, pływania w toni i wynurzania ciała.

6. Wymień trzy czynniki, które decydują o pływalności ciała w wodzie. Jaki wpływ ma nurek na zmianę swojej pływalności? Omów nurkowania w wodach słodkich i słonych, ciepłych i zimnych. Omów zmianę pływalności nurka w zależności od głębokości zanurzania. Jak powinniśmy się wyważać?

7. Przedstaw prawo Snelliusa dotyczące załamania światła. Opisz zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia? Jakie ma ono znaczenie dla obserwacji nurka pod wodą? Jaki jest kąt graniczny całkowitego wewnętrznego odbicia w przypadku zbiornika wodnego? Czy promienie słoneczne mogą ulec całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na powierzchni wody i w jakiej sytuacji?

8. Wyjaśnij szczegółowo, w jakim celu używamy maski nurkowej pod wodą? Dlaczego wówczas świat podwodny staje się dla nas bliższym od świata lądowego? Opisz i przedstaw to na odpowiednich schematach optycznych.

9. Wymień zjawiska fizyczne, które są odpowiedzialne za straty promieniowania świetlnego słońca zanim dotrze ono na pewną głębokość pod powierzchnię wody. O czym należy pamiętać nurkując późnym popołudniem, przed zachodem słońca? Jakie są naturalne kolory świata podwodnego i od czego zależą? Jak wydobyć pełnię barw pod wodą?

10. a) Jak się rozchodzą fale elektromagnetyczne pod wodą? Jak się organizuje łączność pod wodą?
b) Czy jest możliwe korzystanie z kompasu pod wodą? Jeżeli nie - to dlaczego? Jeżeli tak - to o czym nurek musi pamiętać?
c) Czy jest możliwe korzystanie z urządzeń elektrycznych pod wodą? Jeżeli nie - to dlaczego? Jeżeli tak - to o czym nurek musi pamiętać?
d) Czy jest możliwe korzystanie z urządzeń spalinowych pod wodą? Jeżeli nie - to dlaczego? Jeżeli tak - to o czym nurek musi pamiętać?
e) Czy w trakcie burzy, będąc mokrym, lepiej przebywać na brzegu zbiornika wodnego, pływać po jego powierzchni, czy skryć się w jego toni? Dlaczego?

11. Jaka jest prędkość rozchodzenia się fal akustycznych w wodzie względem prędkości w powietrzu? Czy pod wodą słyszy się wyraźniej niż w powietrzu ? A może zmysł słuchu jest pod wodą w jakimś sensie upośledzony? W każdym przypadku omów dlaczego?
Omów wpływ fali uderzeniowej wybuchu na organizm, nurka. Nurkując w morzu, zauważyłeś w toni, niesioną przez prąd na skały podwodne minę okrętową. Jak się zachowasz, by zwiększyć szansę swojego ocalenia?

12. Na czym polega anormalna rozszerzalność cieplna wody? Dlaczego góry lodowe nie toną? Jaki jest rozkład temperatur w zbiorniku wodnym? Co to jest termoklina?

13. O czym mówi prawo Bernouliego? Opisz kilka ważnych dla nurka przykładów tzw. "paradoksów" hydrodynamicznych wynikających z tego prawa.

14. Jaka jest różnica między przepływem turbulentnym i laminarnym ? Wymień cztery czynniki, od których zależy siła oporu przy przepływie w wodzie ?
Jak nurek powinien się zachowywać pod wodą i jak pokonywać dystanse na zatrzymanym oddechu?

15. Dlaczego zagadnienia związane z utrzymaniem temperatury ciała są tak ważne przy nurkowaniu? O czym mówi prawo ostygania Newtona? Czym należy kierować się przy konstrukcji i doborze materiałów do skafandrów nurkowych? Czy rodzaj czynnika oddechowego może mieć wpływ na prędkość wychładzania organizmu? Jeżeli nie - to dlaczego? Jeżeli tak - to dlaczego?

16. Przedstaw równanie gazu doskonałego - w jakich jednostkach wyrażamy poszczególne wielkości zmienne? Podaj co najmniej dwa różne przykłady ( tzn. dla różnych parametrów stałych) zastosowania tego równania w zagadnieniach nurkowych.

17. Czy można zastosować prawo gazu doskonałego do zagadnień związanych z przetaczaniem gazu pomiędzy kilkoma zbiornikami? Jeżeli nie - to dlaczego? Jeżeli tak - to w jaki sposób obliczyć ciśnienia końcowe w dwóch butlach łączonych po kolei z butlą matką. Każda z butli ma inną objętość i ciśnienie początkowe.

18. Skąd bierze się obmarzanie dysz w automatach oddechowych, schładzanie wylotu zaworu przy odkręceniu butli z powietrzem pod ciśnieniem oraz ogrzewanie się powietrza w butli podczas jej ładowania? Jaka przemiana gazowa jest za to odpowiedzialna? Jakiego założenia dokonuje się przy tego rodzaju przemianie?

19. Przedstaw prawo ciśnień parcjalnych Daltona. Oblicz ciśnienia parcjalne składników powietrza podawanego nurkowi przez automat oddechowy na żądanej głębokości. Z czego wynikają granice bezpiecznej głębokości nurkowania na różnych mieszankach oddechowych?

20. Od czego zależy rozpuszczalność gazów w cieczach (prawo Henryego)? Opisz przyczynę i zasady stosowania dekompresji w nurkowaniu.