Fizyka nurkowania

zadania


Zadanie 1

Jakie ciśnienie w [at] panuje na poziomie morza?

Na poziomie morza panuje ciśnienie atmosferyczne - pochodzące od nacisku słupa powietrza. Dla obliczeń nurkowych przyjmuje się że wynosi 1at.

W górach ciśnienie jest niższe, zależy od wysokości n.p.m.. Ważny czynnik przy nurkowaniach w górach ze względu na konieczność zmiany stosowanych tabel dekompresyjnych.


Zadanie 2

Jakie ciśnienie w [at] panuje na głębokości 20m?

Jest to suma ciśnienia atmosferycznego i hydrostatycznego. Przyjmujemy, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 1at. Ciśnienie hydrostatyczne zmienia się o 1at co każde 10m słupa wody. Mamy więc

1at + 2at = 3at

(różnicę w gęstości wody słodkiej i słonej zaniedbujemy)


Zadanie 3A

Gęstość powietrza wraz ze wzrostem głębokości zwiększa się ([Prawda]/[Fałsz])?

Prawda. Powietrze jest ściśliwe, dlatego ze wzrostem głębokości jego gęstość będzie się zwiększała w taki sam sposób jak rośnie ciśnienie. Jeżeli ciśnienie wzrośnie:

2 razy (10m) to gęstość również - zwiększy się 2 razy

3 razy (20m) to gęstość również - zwiększy się 3 razy

4 razy (30m) to gęstość również - zwiększy się 4 razy


Zadanie 3B

Gęstość wody wraz ze wzrostem głębokości zwiększ się ([Prawda]/[Fałsz])?

Fałsz. Woda jest praktycznie nieściśliwa, w związku z tym jej gęstość wraz z głębokością się nie zmienia. Gęstość wody zależy głównie od temperatury oraz zasolenia.


Zadanie 4A

Nurek waży 60kg. Jeździe nurkować w Morzu Martwym, w którym na skutek zasolenia gęstość wody wynosi 1,3kg/l. O ile więcej kg obciążników będzie musiał zabrać zakładając, że jest wyważony na warunki wody słodkiej?

Pomyślmy, płetwonurek waży 60kg i ma pływalność zerową, tzn że wyparł 60l wody. Woda słodka ma ciężar 1kg/l. Teraz też musi wyprzeć 60l wody, aby mógł się zanurzyć, problem w tym że woda ma większą gęstość =1,3kg/l. Różnica w gęstości wynosi:

1,3kg/l-1,0kg/l=0,3kg/l

czyli aby zanurzyć każdy następny kg swojego ciała musi zabrać więcej o 0,3kg. Obliczenie jest już proste

60l*0,3kg/l=18kg

Straszne o 18kg więcej.


Zadanie 4B

Nurek waży 60kg. Jedzie nurkować w Morzu Śródziemnym, w którym na skutek zasolenia gęstość wody wynosi 1,04kg/l. O ile więcej kg obciążników będzie musiał zabrać zakładając, że jest wyważony na warunki wody słodkiej?

Pomyślmy, płetwonurek waży 60kg i ma pływalność zerową, tzn że wyparł 60l wody. Woda słodka ma ciężar 1kg/l.
Teraz też musi wyprzeć 60l wody aby mógł się zanurzyć, problem w tym że woda ma większą gęstość =1,04kg/l.
Różnica w gęstości wynosi:

1,04[kg/l]-1,00[kg/l]=0,04[kg/l]

czyli aby zanurzyć każdy następny kg swojego ciała musi zabrać więcej o 0,04kg. Obliczenie jest już proste

60[l]*0,04[kg/l]=2,4[kg]

Pamiętajmy jadąc np do Chorwacji weźmy dodatkowy balast


Zadanie 4C

Czy jadąc z pianką neoprenową na nurkowanie w góry, należy wziąć więcej balastu ([Prawda]/[Fałsz])?

Prawda. Przy mniejszym ciśnieniu zewnętrznym pianka zwiększy swoją objętość. Wynika to z budowy pianki. Pęcherzyki gazu zamknięte w neoprenie zwiększą swoją objętość.


Zadanie 5A

Maksymalnie do jakiej głębokości można bezpiecznie (nie narażając się na uszkodzenie organów wewnętrznych na skutek "zgniecenia") nurkować na zatrzymanym oddechem mając pojemność całkowitą płuc 6l a objętość zalegającą 1,5l?

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P1 x V1 = P2 x V2

Na powierzchni panuje ciśnienie1at, a objętość płuc wynosi 6l, płuca nie mogą mieć mniejszej objętości niż 1,5l, mamy więc następujące dane:

V1=6l; P1=1at; V2=1,5l; P2=?

musimy więc obliczyć P2

P2 = P1 x V1 / V2

P2 = 1at x 6l / 1,5l

P2 = 4at
przy 4at płuca będą mieć objętość 1,5l. A takie ciśnienie panuje na głębokości 30m.


Zadanie 6A

Nurek o pojemności płuc 6l zanurkował na głębokość 20m na bezdechu. Jaką będzie miał pojemność płuc na tej głębokości?

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P1 x V1 = P2 x V2

Na 20m panuje ciśnienie 3at a na powierzchni 1at, posiadamy wiec następujące dane:

V1=6l;   P1=1at;   P2=3at   V2=?

musimy więc obliczyć V2

V2 = P1 x V1 / P2
V2 = 1at x 6l / 3at
V2 = 2l

Pojemność płuc będzie wynosiła 2l


Zadanie 6B

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

  • a) 10m?
  • b) 20m?

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P1 x V1 = P2 x V2

Pojemność płuc płetwonurka na powierzchni wody wynosi V1=6l, ciśnienie jest równe atmosferycznemu czyli wynosi ok. P1=1at. Po zanurkowaniu na głębokość 10m ciśnienie wzrośnie P2=2at. Zmniejszy więc pojemność płuc nurka a wiec i jego pływalność. Po przekształceniu wzoru ze względu na V2 otrzymamy:

V2=(P1 x V1)/ P2

więc po podstawieniu otrzymamy:

V2=(1at x 6l)/2at =6l/2 = 3l

Teraz objętość płuc wynosi 3l, czyli zmniejszyła się z 6litrów do 3litrów. Ponieważ jeden litr wody waży 1kg, to pływalność płetwonurka spadnie o 3kg w stosunku do pływalności na powierzchni 6l-3l=3l. Na powierzchni pływalność była dodatnia i wynosiła 2kg, na głębokości 10m będzie wynosić:

+2kg - 3kg = -1kg

Pływalności płetwonurka, będzie więc ujemna o wartość 1kg. Będzie więc tonąć i aby powrócić na powierzchnię wody będzie musiał pokonać siłę ciężkości.

W przypadku nurkowania na głębokość 20m (P2=3at), sytuacja będzie jeszcze bardziej niekorzystna:

P2 =(1at x 6l)/3at =6l/3 = 2l

Objętość płuc zmniejszyła się do 2litrów. Nastąpił więc spadek pływalności o 4kg (6l-2l=4l).

+2kg - 4kg = -2kg

Pływalności jest ujemna i wynosi -2kg, w takim przypadku zdecydowanie pomocne będą płetwy do wypłynięcia na powierzchnię. Zwrócę uwagę że podobnie jak nasze płuca zachowuje się skafander mokry wykonany z neoprenu. Jego pływalność również będzie mniejsza i zsumuje się z pływalnością płetwonurka.


Zadanie 7A

Nurek ma w planie głębokie nurkowanie. Do dyspozycji ma dwie butle, jedną o pojemności 12l i ciśnieniu 200at i drugą o pojemności 15l o ciśnieniu 160at. W której butli jest więcej czynnika oddechowego?

ilość czynnika oddechowego obliczamy:

mnożąc pojemność butli przez ciśnienie

mamy więc

12l x 200at =2400l
15l x 160at =2400l

w obu butlach jest tyle samo powietrza.


Zadanie 8A

Oblicz jak długo można przebywać na głębokości:

  • a) na powierzchni,
  • b) 10[m],
  • c) 30[m],

posiadając butlę 15[l] napełnioną do 200[at], zakładając że wynurzysz się mając w butli 40[at] (rezerwę)? Przyjmij zużycie czynnika oddechowego na poziomie 20[l/min].

Posiadamy butlę napełnioną do ciśnienia 200at, ale musimy zakończyć nurkowanie z 40at, mamy więc do dyspozycji

200at - 40at = 160at

15l x 160at = 2400l

mamy więc do dyspozycji 2400l a nasze zużycie wynosi 20l/min, więc obliczamy

2400l/min / 20l = 120min

jeżeli będziemy oddychali na powierzchni wystarczy nam na 120min, możemy zauważyć że ciśnienie na głębokości 10m jest dwa razy większe niż na powierzchni w związku z tym czas nurkowania skróci się dwukrotnie

120min / 2 = 60min

analogicznie na głębokości 30m ciśnienie jest cztery razy większe więc będzie

120min / 4 = 30min

w obliczeniach skorzystano z przemiany izotermicznej


Zadanie 8B

Oblicz jak długo można przebywać na głębokości 40m mając do dyspozycji 2400[l] czynnika oddechowego?

Na głębokości 40 m panuje ciśnienie 5at, więc zużycie powietrza jest 5 wrotnie większe niż na powierzchni, czyli 20l/min razy 5 = 100l/min na głębokości 40m.

Do dyspozycji mamy 2400l a w ciągu minuty zużywamy 100l, wiec

2400[l] / 100[l/min] = 24min

a więc zapas czynnika oddechowego wystarczy na 24 minut nurkowania.


Zadanie 9A

Na głębokości 10m napełniono balonik powietrzem do objętości 6l. Jaką objętość będzie miał balonik na powierzchni wody? O ile procent wzrośnie jego objętość?

Korzystamy z przemiany izotermicznej

P1 x V1 = P2 x V2

Na 10m panuje ciśnienie 2at a na powierzchni 1at, posiadamy wiec następujące dane:

V1=6l; P1=2at; P2=1at V2=?

musimy więc obliczyć V2

V2 = P1 x V1 / P2

V2 = 2at x 6l / 1at

V2 = 12l

Na powierzchni balonik będzie miał objętość 12l. jego objętość zwiększy się z 6l na 12l czyli o 100%.

Podobnie będzie zachowywać się czynnik oddechowy w naszych płucach. Pamiętaj więc aby przy wypływaniu w sprzęcie powietrznym wykonywać wydech. Unikniesz urazu ciśnieniowego płuc


Zadanie 10A

Oblicz ciśnienie parcjalne azotu i tlenu w powietrzu atmosferycznym?

Korzystamy z prawa Daltona (ciśnień parcjalnych)

Pazotu=78%*P0=0,78*1at=0,78at,
Ptlenu=21%*P0=0.21*1at=0.21at


Zadanie 11A

Do jakiej głębokości można nurkować na powietrzu przy założeniu, że dopuszczalne ciśnienie parcjalne tlenu przy którym tlen nie jest toksyczny wynosi 1.6at.?

Należy ułożyć proporcję która odpowie na pytanie przy jakiej głębokości zostanie przekroczone ciśnienie parcjalne 1,6at. Na powierzchni (1at) ciśnienie parcjalne wynosi 0,21at, to na jakiej głębokości ciśnienie parcjalne będzie wynosić 1,6at.

1at = 0,21at

x = 1,6at

x =1at*1,6at/0,21at=7,6at

a takie ciśnienie panuje na głębokości 66m.


Zadanie 12A

Do jakiej głębokości można nurkować na czystym tlenie przy założeniu, że dopuszczalne ciśnienie parcjalne tlenu przy którym nie jest toksyczny wynosi 1.6at.?

Przy oddychaniu 100% tlenem, jego ciśnienie parcjalne jest równe ciśnieniu otoczenia (występuje tylko jeden gaz). Dopuszczamy więc nurkowanie do 6m przy użyciu czystego tlenu (ciśnienie otoczenia: 1,6 at).


Zadanie 13A

Do jakiej głębokości można nurkować na nitroksie EAN 40 przy założeniu, że dopuszczalne ciśnienie parcjalne tlenu przy którym tlen nie jest toksyczny wynosi 1.6at.?

Należy ułożyć proporcję, która odpowie na pytanie, przy jakiej głębokości zostanie przekroczone ciśnienie parcjalne tlenu 1,6at. Na powierzchni (1at) ciśnienie parcjalne tlenu dla nitroksu EAN 40 wynosi 0,40at, to na jakiej głębokości ciśnienie parcjalne będzie wynosić 1,6at.

1at = 0,40at

x = 1,6at

x =1at * 1,6at/0,40at = 4at

a takie ciśnienie panuje na głębokości 30m.


Zadanie 14A

Nurkując na Nitroxie EAN 40 nasycamy się azotem w stopniu mniejszym niż przy nurkowaniu na powietrzu. Wylicz ciśnienie parcjalne azotu przy nurkowaniu na EAN 40 dla głębokości 30m oraz przy jakiej głębokości występuje takie samo ciśnienie parcjalne azotu nurkując na powietrzu.

Nitrox EAN 40 posiada skład 40% tlenu i 60% azotu ciśnienie parcjalne azotu na 30m (4at) wynosi 4at x 0,60 = 2,4at powietrze posiada skład 21% tlenu i 79% azotu (wliczamy tu również inne gazy). Do obliczeń skorzystamy układając proporcję Posiadamy następujące dane: Na powierzchni panuje ciśnienie p1=1at, a ciśnienie parcjalne azotu wynosi 0,78at to przy jakim ciśnieniu p2 panuje ciśnienie parcjalne azotu 2,4at

1at -------0,78at
x--------2,40at
x = 2,4at x 1at / 0,79at
x = 3,04at
a takie ciśnienie panuje na głębokości 20,4m,

Zadanie to przedstawia jaka jest różnica w nasycaniu się azotem (czyli w dekompresji) zależnie od mieszanki, przy nurkowaniu na Nirtoksie EAN 40 i powietrzu. Nurkowanie na 30m przy użyciu Nitroksu EAN 40 odpowiada nurkowaniu na powietrzu do 20,4m.

Zobacz jaka jest różnica w dekompresji, przy korzystaniu z tabel PADI RDP, lub tabel CMAS Bullmahn

Zobacz również jak obliczyć równoważną głębokość powietrzną wzór stosowany jest przez nurków nitroksowych.