Question

Щоб одержати сертифікат підводного плавця, необхідно у підводному спорядженні спуститися на глибину 20 м. Розрахуйте тиск, який при цьому доведеться витримати. Чому після занурення не можна швидко спливає на поверхню?

Answer 1

Давление воды увеличивается на 1 атмосферу (101,3 кПа) при погружении на каждые 10 м.

Избыточное давление, которое пловец будет испытывать, находясь на глубине 20 м, будет, соответственно, 2 атм. или (202,6 кПа)

На глубинах, превышающих 1,5 м, из-за давления воды силы мышц грудной клетки уже не хватит для того, чтобы дышать атмосферным воздухом (например, через трубку), поэтому для дыхания на глубине используется воздух под тем давлением, которое создает на этой глубине вода.

В баллоны закачивается воздух под давлением 150-250 атм. Несложное устройство, называемое редуктор, понижает давление в первой ступени до давления, на 5 - 10 атмосфер превышающего давление воды на данной глубине. Вторая степень редукции понижает это давление до легочного на данной глубине.

Так как газы хорошо сжимаются, то закачанного воздуха хватит для нормального дыхания аквалангиста в течение примерно 1 часа (20л. баллон; 200 атм., 20 м глубины)

Даже в том случае, если  в баллонах используется сжатый воздух, а не специальная газовая смесь для больших глубин, всплывать после погружения с аквалангом нужно длительное время. Причина в риске развития кессонной болезни, - закипания азота в крови из-за резкого падения давления при подъеме и, как следствие, закупорки пузырьками азота кровеносных сосудов, что может привести к гибели аквалангиста.

Например, при установлении мирового рекорда по погружению с аквалангом, французский дайвер Паскаль Бернабе летом 2005 года опустился на глубину 330 метров, после чего всплывал на поверхность в течение 9 часов.

Картину закипания азота в крови можно наблюдать при открытии бутылки с газированной водой. Пока она закрыта, пузырьки газа находятся под давлением, и их не видно, но стоит только открыть бутылку, как вода в ней словно закипает. То же самое произойдет и с кровью аквалангиста, если он слишком быстро начнет подниматься с глубины.  

Answer 2

Для розрахунку тиску на глибині 20 м використовується формула гідростатичного тиску:

$P = \rho \cdot g \cdot h,$

де: $P$ - гідростатичний тиск (у Паскалях), $\rho$ - густина рідини (у кілограмах на кубічний метр), $g$ - прискорення вільного падіння (приблизно 9.8 м/с² на Землі), $h$ - глибина занурення (у метрах).

Перш за все, необхідно знайти густину води. Зазвичай, приблизна густина морської води становить близько 1025 кг/м³.

$P = 1025 \, \text{кг/м³} \cdot 9.8 \, \text{м/с²} \cdot 20 \, \text{м} \approx 200500 \, \text{Па}.$

Таким чином, тиск на глибині 20 м становить близько 200500 Па (або 200.5 кПа).

Чому після занурення не можна швидко спливати на поверхню? Основна причина полягає в ризику неконтрольованого розширення газів у тілі.

При зануренні на глибину під водою тиск навколишнього водного середовища збільшується, і це призводить до розчинення газів (переважно азоту) з повітря, яке ми дихаємо. Коли ми швидко спливаємо на поверхню, тиск швидко зменшується, і розчинені гази починають виходити з розчину у вигляді мікро-бульбашок. Якщо ці бульбашки утворяться в крові або тканинах, вони можуть викликати хворобу, відому як декомпресійна хвороба або "підводна хвороба".

Щоб уникнути декомпресійної хвороби, необхідно дотримуватися певних правил безпеки під час занурення. Один із таких правил - повільне підняття на поверхню, що дає можливість зменшити тиск поступово і дати зайвим газам розчинитися знову у крові і тканинах, без небезпеки формування бульбашок. Процес контрольованого зниження тиску називається декомпресією. Для безпеки підводних плавців і дайверів, існують спеціальні таблиці декомпресії, які вказують, який час можна провести на певній глибині і який час необхідно дотримуватися при підйомі на поверхню. Тому швидкий спуск або спливання може бути небезпечним і призвести до серйозних наслідків для здоров'я.