Законы гидростатики и гидродинамики

Для воды, как и для газов, вследствие их текучести, выполняется за­кон Паскаля, определяющий способность этих сред передавать давление. Для тела, погруженного в жидкость, выполняется закон Архимеда, обуслов­ленный действием на поверхность тела давления, создаваемого жид­костью вследствие ее веса (т.е. действием силы тяжести). Для движущихся жидкостей и газов справедлив закон Эйлера-Бернулли.

Закон Паскаля. Давление на поверхность жидкости (или газа), произведённое внешними силами, передается жидкостью (или газом) одинаково во всех направлениях.

Действие этого закона лежит в основе работы всевозможных гидравлических аппаратов и приборов, в том числе и акваланга (баллоны –редуктор- дыхательный автомат).

Закон Архимеда. На всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) сила, направленная вверх, приложенная к центру тяжести вытесненного объема и равная по величине весу вытесненной телом жидкости (или газа).

Эту силу называют силой плавучести Q и численно она равна:

Q = γV (12)

где: γ - удельный вес жидкости:

V - объем вытесненной телом воды (погруженный объем).

Закон Архимеда определяет такие качества погруженных а жидкость тел, как плавучесть и остойчивость.

Гидростатическое давление воды. На всякое тело, погруженное в жидкость, действует давление, создаваемое жидкостью вследствие её веса.

Величина этого давления, называемого гидростатическим (в отличие от гидродинамического), определяется по формуле:

p=γh (13)

где у - удельный вес жидкости;

h - высота столба жидкости (глубина погружения).

Закон Эйлера-Бернулли. Давление текущей жидкости (или газа) больше в тех сечениях потока, в которых скорость движения меньше, и наоборот, в тех сечениях, в которых скорость движения больше, давление меньше.

Математическим выражением закона является уравнение Бернулли:

γz + p + ρυ²/2 (14)

где: γ - удельный вес жидкости; z - геометрическая высота рассматриваемой точки в данном сечении; р- избыточное давление (сверх атмосферного);

υ - скорость жидкости (газа) в данном сечении.

 

Влияние водной среды на организм человека

Коротко рассмотрим влияние водной среды (значительно более плот­ной, чем воздух) на организм человека. При этом будем учитывать неко­торые из вышеуказанных законов.

Влияние давления воды

При погружении в воду на человека начинает действовать избыточ­ное давление, возрастающее прямо пропорционально глубине погруже­ния (на 0,1 ати на каждый метр глубины).

Как известно, тело человека примерно на 70% состоит из жидкости, которая практически несжимаема. Но при воздействии избыточного дав­ления на воздухоносные полости человека (легкие, лобные пазухи, по­лость среднего уха, гайморовы пазухи) создается нагрузка, которая мо­жет привести к травмированию указанных органов. Так, например, дыха­ние через трубку атмосферным воздухом возможно лишь на глубине до 30 см, так как при большей глубине дыхательные мышцы грудной клетки с трудом преодолевают давление воды, а на глубине порядка 1,3 м сделать вдох через трубку практически невозможно.

Следовательно, под водой человек должен дышать сжатым возду­хом под давлением, равным абсолютному давлению водной среды на дан­ной глубине. Причем обязательным условием является равенство дав­ления воздуха в легких и в других воздухоносных полостях организма внеш­нему давлению водной среды на данной глубине. Выравнивание давлений в воздухоносных полостях происходит через проходы с малым сечением, соединяющие эти полости с полостью носа. Обычно тренированны пловцы делают это без труда при помощи специальных упражнений.

2.3.2. Теплообмен в воде

Теплообмен организмачеловека в воде значительно отличается от

теплообмена в воздушной среде прежде всего своей интенсивностьюиз - за большей теплопроводности и теплоёмкостиводы.

Если теплопотери организма преобладают над теплообразованием, то температуратела понижается и наступает переохлаждение, причемэтому в значительнойстепени способствует такой фактор, как большаяподвижностьводыи, следовательно, усиленные конвективныетеплопотери. Длительное переохлаждение может привести к тяжёлым последствиям (потеря сознания, смерть), поэтомувремя пребывания человека в воде должно быть ограничено. При температуре воды ниже+15⁰С погружение без специальной защитной одежды не рекомендуется. Ис­пользование гидрокостюмов или гидрокомбинезонов значительно увеличивает время безопасногопребывания в воде.

2.3.3. Зрение под водой

Коэффициентпреломления световых лучей водой примерно равен 1,33 (у воздуха - 1,00), т.е. примерноравен коэффициенту преломленияоптической системыглаза человека(1,30). Поэтому лучисвета, проходя через воду и попадая в соприкасающийся непосредственно с водой незащищённый глаз, почтинепреломляются. Это приводит ктому, что изо­браженияпредметов фокусируютсяза сетчаткойглаза как придально­зоркости. Очертания предметов становятся расплывчатыми и неясными. А острота зренияухудшается более чем в 100 раз.

Для обеспечения четкости и ясности зрения подводой создаютвоз­душную прослойку между глазом пловца и водой для чего применяют очки,маску илишлем. Но наличие на пути кглазу различных оптическихсред(вода – стекло - воздух)приводит к явлению рефракции, т.е. мнимому изоб­ражению предметов.Все предметы кажутся ближе к глазу и большими поразмерам примерно на 1/4натуральной величины (рис.10)

Правильное восприятие размеров и расстояний под водой достигается со временем после соответствующей практики подводных погружений.

Также сле­дует отметить,что в водезначительноухудшается и цветоощущение (особенно синих и зелёных цветов). С увеличением глубины из-за свойств воды по-разному поглощатьчасти видимого спектра изменяетсяицветопередача.

. Рис.10.Схема преломления лучей света глазом человека

 

2.3.4. Плавучесть и остойчивость в воде

Соотношение силы тяжести Р и силы плавучести Q определяет спо­собность тела удерживаться на воде или тонуть, т.е. плавучесть. В об­щем случае плавучесть может быть положительной (Q > Р), отрицатель­ной (Q < Р) и нулевой (Q = Р).

Так как обычно удельный вес человека несколько больше единицы (γ =1,02-1,098 тс/м³), то в пресной воде ( γ = 1,00 тс/м³) тело человека обладает небольшой отрицательной плавучестью (примерно 1,0-1, 5 кгс).

В морской воде удержаться на поверхности значительно легче, чем в пресной, так как удельный вес морской воды (γ = 1,025 тс/м') в рядеслу­чаев оказывается больше удельного веса человека.

При погружениях в гидрокостюме плавучесть человека становится положительной (увеличивается объем тела), поэтому для ее пога­шения приходится использовать грузы. Наилучшие условия для пла­вания под водой создаются при не­большой отрицательной плавучести (около 0,5-1,0 кгс).

Остойчивость под водой таюке имеет важное значение и определяется как способность человека сохранять положение равновесия и легко возвращаться к нему после отклонения в любую сторону. Это достигается при условии нахождения центров тяжести и плавучести на од­ной вертикальной линии, причем центр плавучести должен располагаться выше центра тяжести (рис.11).

Рис. 11. Остойчивое положение пловца.

 

В этом случав, при отклонении от положения равновесия на пловца всегда будет действовать момент пары сил (силы тяжести и силы плаву­чести), помогающий восстановить исходное положение равновесия.

Умение правильно регулировать свою плавучесть и остойчивость при погружениях в различном снаряжении является очень важным, так как от него в значительной степени зависит комфортность, и, главное, безопас­ность пребывания под водой.

Заключение

Из рассмотренных выше физических и физиологических особеннос­тей подводных погружений и сущности основных законов газогидродина­мики следует, что к выбору состава и качества подводного снаряжения следует подходить очень внимательно и осторожно. Только хорошие тео­ретические знания и практическая подготовка обеспечат водолазу безопасные погружения и приятный отдых под водой