При погружении тела в воду она давит. Физические основы и физиологические особенности пребывания человека под водой. Физические условия подводного плавания

Еще до рождения человек 9 месяцев живет в водной среде. Младенцы учатся плавать быстрее, чем говорить и чувствуют себя в воде увереннее, чем на твердой поверхности.

Проходят годы и, повзрослев, люди ищут возможности вернуться к воде. Океан зовет нас, и мы не в силах преодолеть этот инстинкт. Мы не чужаки в водном мире. Мы просто возвращаемся на время домой. Дайвинг – это ключ к единению с океаном, занятие влюбленных в море, уверенных в себе и своих друзьях людей.

Спасибо за Ваше внимание к дайвингу!

  • Дайвинг

    С чего начать? Нужно ли специальное обучение для занятий дайвингом?

  • Физиология дайвинга

    Что происходит с организмом человека под водой?

  • Возможные опасности

    Что нужно знать дайверу для комфорт-
    ных погружений?

Физиология дайвинга

Что происходит с организмом человека под водой.

У нас для Вас есть хорошая новость. 70% организма человека никак не реагируют на погружения под воду. Почему?... Да просто потому, что организм человека сам на 70% состоит из воды. Поэтому тело человека не испытывает дискомфорта от погружений. Особенно от любительских погружений до глубины 40 метров. Правда остаются еще 30%, которым все-таки придется немножко помочь.

В первую очередь давайте посмотрим, что происходит с легкими человека во время погружения на глубину, скажем, 30 метров. См. рисунок:

На поверхности на наши легкие действует давление равное одной атмосфере. Каждые десять метров, которые мы будем погружаться во время дайвинга, к этой одной атмосфере будет прибавляться дополнительная атмосфера. Таким образом, на глубине 10 метров на легкие действует уже две атмосферы, на глубине 20 метров – три атмосферы, а на глубине 30 метров – 4 атмосферы.

Если не добавлять в легкие воздух, как видно из рисунка, их объем на глубине 30 метров уменьшится в 4 раза и составит всего 25% от исходного объема. Но у нас снова есть хорошая новость. Если Вы не будете задерживать под водой дыхание (а во время дайвинга такой необходимости нет), объем Ваших легких не изменится. Вы постоянно будете компенсировать внешнее давление новыми порциями вдыхаемого воздуха.

Легкие – это очень хрупкий и важный орган человека. Дайверу любителю играть с объемом легких не стоит – это удел опытных подводных охотников и фридайверов. Поэтому отсюда следует один из основных постулатов дайвинга – никогда не задерживать дыхание во время погружений . Если при погружении задержка дыхания не несет существенной опасности, то при всплытии такая опасность есть и она очень серьезная.

Представьте себе, что Вы задержали дыхание на глубине 30 метров и начали всплытие. Объем Ваших легких был нормальным, ведь Вы дышали и постоянно подавали в легкие воздух во время дайвинга. Но вот Вы поднимаетесь наверх, крепко задержав дыхание. Внешнее давление уменьшается в четыре раза. Согласно всем законам физики объем легких пропорционально должен увеличиться в 4 раза, но легкие человека на это не способны. Итог - легкие не выдерживают нагрузки и получают серьезную баротравму изнутри.

Поэтому ни при каких обстоятельствах не задерживайте дыхание во время дайвинга. Постоянное и равномерное дыхание дайвера обеспечивает легким своевременный приток необходимого для поддержания их объема воздуха, и своевременный отток лишнего воздуха, в момент всплытия на поверхность. Простым размеренным дыханием под водой Вы обеспечите легким комфорт во время всего погружения, независимо от глубины, на которую Вы опускаетесь.

Уши, гайморовы и околоносовые пазухи.

Кроме легких у человека также есть еще небольшие полости воздуха, которые могут подвергаться воздействию перепада давлений во время дайвинга. Это – среднее и внутреннее ухо, а также гайморовы и околоносовые пазухи. Давление в этих полостях выравнивается достаточно просто, см. статью как правильно продувать уши . При продувании ушей давление одновременно выравнивается во всех пазухах, при условии отсутствия простудных или хронических лор-заболеваний.

Важно понимать, что при простудных заболеваниях (насморк, ОРЗ, грипп и т.п.) зачастую выровнять давление в ушах и пазухах невозможно. Воспаленная слизистая и расширенные сосуды перекрывают заполненные воздухом полости, и они не могут свободно сообщаться друг с другом. Следует воздержаться от дайвинга до полного выздоровления, потому что погружения на глубину более шести метров без выравнивания давления могут повлечь дискомфорт и даже баротравму уха.

В остальном ничего особенного с изменением глубины дайвера под водой не ждет. Самые серьезные изменения происходят на первых десяти метрах. Если удалось выровнять давление в ушах в начале дайвинга, то и в дальнейшем все будет хорошо. На больших глубинах, правда, следует учитывать парциальное давление кислорода и азота в газовых смесях, но начинающему дайверу эта информация пока ни к чему. Особенностям воздействия азота и кислорода на организм человека с увеличением глубины обучают на специальных курсах.

Вес водолаза на воздухе . Вес водолаза в полном снаряжении имеет большое значение при подводных погружениях. Особенно это относится к вопросам плавучести и устойчивости под Водой. Так, например, водолаз в вентилируемом снаряжении весит на воздухе 150 кг, а в воде - до 10 кг.

Плавание тел. Закон Архимеда . По физическому закону Архимеда всякое тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им вода. При погружении тела под воду на него действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести и сила плавучести.

Взаимодействие сил тяжести и плавучести под водой . Понятие о центре тяжести и центре плавучести тела. Сила тяжести (или вес тела) направлена вниз по вертикали и стремится погрузить тело в воду. По закону физики она действует так, будто приложена к одной точке - центру тяжести (ЦТ). Вместе с тем вода препятствует погружению в нее тела - она давит на него снизу и с боков и стремится как бы вытолкнуть на поверхность. Эта сила называется силой плавучести. Она направлена вертикально вверх. Точка приложения этой силы называется центром плавучести (ЦП).

Когда сила тяжести больше силы плавучести, то тело погружается свободно, имеет отрицательную плавучесть. И, наоборот, если сила тяжести меньше силы плавучести, тело плавает на поверхности, т. к. обладает положительной плавучестью. При равенстве этих сил тело находится в состоянии равновесия. Это означает, что сумма сил равна нулю, и тело имеет нулевую плавучесть.

Средний удельный вес тела человека при выдохе колеблется в пределах 1,021-1,098. Человек имеет в воде отрицательную плавучесть около 1 кг. Этим и объясняется, что не умеющий плавать тонет. Но если сделать полный вдох и спокойно лечь на поверхность воды, то появляется незнчительная положительная плавучесть. Еще более устойчивое равновесие получается при отведении рук за голову. При этом центр тяжести совместится с центром плавучести, и пловец свободно продержится на поверхности воды.

Зависимость плавучести от типа водолазного снаряжения . В водолазном снаряжении увеличивается общий объем тела и, следовательно, становится большей положительная плавучесть. При этом вес самого снаряжения несколько увеличит отрицательную плавучесть водолаза, но это увеличение значительно меньше, чем прирост положительной плавучести. Таким образом в любом снаряжении водолаз приобретает некоторую положительную плавучесть, которую необходимо погасить при погружении. Достигается это с помощью грузов (рис. 4).

Рис. 4. Плавучесть водолаза под водой:
а - положительная; б - нулевая; в - отрицательная

Вес водолаза под водой в вентилируемом водолазном снаряжении равен 5-10 кг. В кислородном аппарате и у аквалангиста без гидрокомбинезона он колеблется в пределах до 5 кг. Причем вес аквалангиста зависит от веса баллонов и количества воздуха в них.

При спусках в акваланге следует учитывать, что по мере расходования воздуха в баллонах водолаз теряет в весе под водой до 2 кг.

Регулировка плавучести под водой . Для погружения водолаза наиболее благоприятные условия создаются при небольшой отрицательной плавучести - 0,5-1 кг.

На плавучесть водолаза влияет плотность или удельный вес воды. В морской воде водолаз имеет большую плавучесть; чем в преной, так как она более плотная и обладает большей выталкивающей силой. Поэтому при спусках в море дополнительный вес должен быть больше, чем при спусках в пресную воду.

Плавучссть водолаза зависит также от степени наполнения скафандра воздухом, т. е. от объема воздушной подушки и может изменяться от отрицательной до положительной.

Водолаз должен так регулировать воздух в скафандре, чтобы сохранить некоторую отрицательную плавучесть.

Во время нахождения под водой на грунте опытный водолаз все время регулирует свою плавучесть. Так, при подъеме тяжелых предметов вручную он увеличивает положительную плавучесть, а если нужно упереться в грунт, вытравливает по возможности больше воздуха из скафандра.

Условия, необходимые для устойчивости водолаза под водой

Большое значение имеет способность водолаза сохранять под водой вертикальное положение и легко возвращаться к нему при наклоне в стороны, т. е. сохранять устойчивость. Зависит она от правильного взаиморасположения центра тяжести и центра плавучести водолаза. Иными словами, водолаз под водой будет иметь хорошую устойчивость только в том случае, если центры тяжести и плавучести его лежат на одной вертикальной линии, и центр тяжести расположен примерно на 20 см ниже центра плавучести (рис. 5).

Рис. 5. Основные силы, действующие на водолаза в воде:
а - устойчивое положение водолаза; б - неустойчивое положение водолаза; ЦП - центр плавучести; ЦТ - центр тяжести; 1 - сила тяжести; 2 - сила плавучести; 3 - опрокидывающий момент сил

Поэтому при погружении необходимо обращать особое внимание на правильность расположения снаряжения и особенно грузов. Например, если дыхательный аппарат или грузы находятся высоко, т. е. центр тяжести выше центра плавучести, то водолаза может опрокинуть вниз головой и выбросить на поверхность. И, наоборот, если аппарат или грузы расположены слишком низко, водолазу трудно будет нагибаться. Опрокинуться водолаз вверх ногами может и в том случае, если при спуске в гидрокомбинезоне в нижней его части скопится много воздуха. Поэтому перед погружением в воду необходимо тщательно обжать гидрокомбинезон, вытравив воздух через травящие клапаны. Неправильное расположение центров тяжести и плавучести может быть при смещении грузов или аппарата, например, при обрыве плечевого ремня.

Сопротивление воды движению водолаза . Плотность воды оказывает сильное сопротивление движению водолаза, который затрачивает много труда и энергии на ее преодоление, особенно при работе в громоздком скафандре. Дополнительное затруднение встречается при работе в местах, где много ила.

Плотная среда усложняет работу водолаза с ручным инструментом, поэтому для выполнения водолазных работ рекомендуется пользоваться не громоздким инструментом, а более тяжелым по весу.

В некоторых случаях сопротивление воды имеет и положительную сторону. Например, при резких движениях водолаз может случайно удариться о твердые или острые предметы, плотная же среда смягчает удары.

Особенно трудно работать водолазу на течении. Сильное течение, скорость которого иногда достигает до 2-3 м/сек и более, сносит его в сторону от места работы, может оторвать от спускового конца, а также выбросить на поверхность.

Работа на течении требует от водолаза большой затраты энергии, поэтому он должен (быть физически выносливым.

Немного старины

Вы видели, как много явлений объясняется законом плавания. Но как объясняется самый закон? Вот ясное и простое объяснение, принадлежащее одному из первых физиков, французскому ученому XVII века Паскалю:

«Вода, – писал он, – давит вверх на тела, к которым прикасается снизу; давит вниз на те, которых касается сверху; давит в бока на те, которых касается с боков. Отсюда легко заключить, что, когда тело погружено в воду, она, касаясь его и сверху, и снизу, и с боков, давит на него сверху, снизу и с боков. И так как высота воды есть мера силы ее давления, то легко видеть, какое из этих действий должно превозмочь. Ясно, во-первых, что вода, имея с боков тела равную высоту над его сторонами, давит на них одинаково; оттого тело не стремится двигаться ни в ту, ни в другую сторону, как флюгер между двумя одинаковыми ветрами. Но над нижнею стороною тела вода имеет больше высоты, чем над верхнею: ясно, что она должна гнать тело снизу вверх. И так как разность высот воды есть высота самого тела, то легко понять, что вода гонит тело снизу вверх с силою, равной весу одинакового с телом объема воды.

«Погруженное в жидкость тело вследствие его давления поддерживается так, как если бы оно было привешено к чашке весов, другая чашка которых нагружена объемом жидкости, равным объему тела. Отсюда следует, что если тело из меди или иного материала, более тяжелого, чем вода в том же объеме, то оно падает в воде, ибо вес его превозмогает тот, который стремится его уравновесить. Если тело из дерева или другого материала, более легкого, чем вода в том же объеме, то оно поднимается в воде с такою силою, на какую вес воды превышает его вес. Если оно весит столько же, сколько вода, то не опускается и не поднимается; так воск остается в воде приблизительно там, где его поместят. Отсюда же следует, что бадью колодца легко вытягивать, пока она в воде, но вес ее тотчас дает себя чувствовать, когда она начинает выходить из воды.

Рис. 45. Блез Паскаль, физик XVII века

«Если человек погружен в воду, вода давит на него и сверху и снизу, но он весит больше, чем вода, и потому опускается, хотя не так скоро, как падает в воздухе: в воде ему служит противовесом вес равного объема воды, почти одинаковый с весом его тела. Если бы вес этот был совсем одинаков, то человек плавал бы. Ударяя о воду или делая некоторые усилия против воды, он поднимается и плавает. По той же причине человек, погруженный в ванну, без труда поднимает руку, пока она в воде, но, выйдя из воды, чувствует, что она много весит, ибо нет более противовеса от равного ей объема воды, как было, пока она была погружена.

«Выпуклая свинцовая чашка плавает на воде потому, что занимает много места в воде вследствие своей формы; но если бы это был сплошной кусок, он занимал бы в воде только место, равное объему своего вещества, а вес такого объема воды не мог бы его уравновесить».

Из книги Физика - моя профессия автора

Немного истории Глава 6 …где рассказывается, как познание природы методом словесного жонглирования заменилось экспериментом.Читатель узнает также, что великолепные успехи науки придали излишнюю самоуверенность физикам XIX века: они думали, что нам осталось лишь

Из книги Без ретуши. Портреты физиков на фоне эпохи автора Иоффе Борис Лазаревич

Немного фантазии Когда я говорю «кончится ли физика?», я имею в виду, закончатся ли исследования новых, неизученных областей этой науки, как это произошло, например, с географией. География «закончилась» в том смысле, что новых, неоткрытых материков, гор, рек, островов на

Из книги Физика на каждом шагу автора Перельман Яков Исидорович

Глава первая Немного механики Скала Эдисона Незадолго до смерти знаменитый американский изобретатель Эдисон пожелал отличить самого сметливого юношу своей страны, назначив ему щедрую денежную поддержку для дальнейшего образования. Со всех концов республики были

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

Немного истории Закон сохранения энергии мог быть сформулирован лишь тогда, когда достаточно отчетливыми стали представления о механической природе теплоты и когда техника поставила практически важный вопрос об эквиваленте между теплом и работой.Первый опыт для

Из книги Для юных физиков [Опыты и развлечения] автора Перельман Яков Исидорович

4. Немного арифметики на спичках Из трех – четыреЗадача 27-яЭто – задача-шутка, довольно забавная. На столе лежат 3 спички. Не прибавляя и не ломая ни одной спички, сделайте из этих трех спичек – четыре!РешениеВы делаете «четыре», – просто четыре, а не четыре спички –

Из книги Вечный двигатель - прежде и теперь. От утопии - к науке, от науки - к утопии автора Бродянский Виктор Михайлович

5. Немного геометрии на спичках Горизонтально и вертикальноЗадача 32-яПопросите товарища положить на стол одну спичку горизонтально. Он положит, разумеется, так: Рис. 44.Затем попросите его положить возле первой спички вторую спичку вертикально. Сделает он это примерно

Из книги Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра автора Шустов Борис Михайлович

6. Немного физики на спичках Спички и булавкаКак вы думаете, что тяжелее: спичка или средней величины булавка? Угадать трудно. Вы можете сколько угодно взвешивать в руке спичку и булавку, – а все-таки не определить, какая из этих вещиц тяжелее. Разрешить вопрос могут

Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип Стивен

Из книги автора

1.4. Немного истории Бывает нечто, о чем говорят: «смотри, вот это новое»; Но это было уже в веках, бывших прежде нас. Нет памяти о прежнем; да и о том, что будет, Не останется памяти у тех, которые будут после. Книга Екклеcиаста, 1:9, 10 Процессы столкновения малых тел с другими

Из книги автора

Немного о смене убеждений В 1985 году, когда Карл Саган решил отправить свою героиню Элинор Эрроуэй (актриса Джоди Фостер) к звезде Вега через черную дыру, я сказал ему: нет! Она погибнет внутри черной дыры, безжалостная сингулярность растерзает ее хаотическим образом.

Источник задания: Решение 3050. ЕГЭ 2017. Русский язык. И.П. Цыбулько. 36 вариантов.

Задание 15. Расставьте знаки препинания. Укажите два предложения, в которых нужно поставить ОДНУ запятую. Запишите номера этих предложений.

Она давит на него и сверху и снизу и с боков.

2) Постарайся доказать свою верность односельчанам либо уезжай из села.

3) Но дорог ведь не столько результат сколько накал да интерес самой охоты.

4) Дедушка стремился воспитать внука достойным гражданином и хорошим человеком и при этом он использовал свои уникальные методы.

5) К отличительным особенностям рыбы-капли можно отнести отсутствие плавательного пузыря мускулатуры а также студенистое строение тела.

Решение.

В этом задании нужно поставить запятые в сложном предложении или при однородных челах предложения.

1. Определим количество грамматических основ в данных предложениях: простое предложение или сложное.

1) При погружении тела в воду она давит на него и сверху и снизу и с боков. Простое.

2) Постарайся доказать уезжай из села. Простое.

3) Но дорог ведь не столько результат сколько накал да интерес самой охоты. Простое.

4) Дедушка стремился воспитать внука достойным гражданином и хорошим человеком и при этом он использовал свои уникальные методы. Сложное.

5) К отличительным особенностям рыбы-капли можно отнести отсутствие плавательного пузыря мускулатуры а также студенистое строение тела. Простое.

2. Определим постановку запятых в сложном предложении. Правило: запятая на границе частей сложного предложения ставится в случае, если простые предложения не имеют общий второстепенный член.

4) Дедушка стремился воспитать внука достойным гражданином и хорошим человеком, и при этом он использовал свои уникальные методы. Сложное, общего второстепенного члена нет, запятая ставится на границе частей предложения перед союзом И. ОДНА ЗАПЯТАЯ.

3. Определим постановку запятых в простых предложениях. Правило: одна запятая ставится перед вторым однородным членом при отсутствии союзов, перед одиночным противительным союзом или перед второй часть сложного союза (как … так и и т.д.).

1) При погружении тела в воду она давит на него и сверху, и снизу, и с боков. И сверху, и снизу, и с боков – однородные члены с повторяющимся союзом И. Две запятые.

2) Постарайся доказать свою верность односельчанам либо уезжай из села. Если союз ЛИБО соединяет однородные члены предложения, то запятая перед ним не ставится.

3) Но дорог ведь не столько результат, сколько накал да интерес самой охоты. Между частями союза НЕ СТОЛЬКО … СКОЛЬКО ставится запятая. ОДНА ЗАПЯТАЯ.

В процессе эволюционного развития человеческий организм совершенствовался и приспособлялся к существованию в воздушной среде. Нормальная жизнедеятельность всех органов и тканей человека зависит от газового состава воздуха, атмосферного давления, температуры, влажности и других факторов внешней среды. Значительные изменения этих факторов могут вызывать существенные нарушения в организме. Окружающий нас атмосферный воздух является дыхательной газовой смесью имеющей следующий постоянный сос­тав: азота – около 78% (по объему), кислорода – около 21%, угле­кислого газа – около 0,03%. Кроме этих газов, в состав атмосфе­рного воздуха входит целый ряд других газов (аргон, гелий, неон, криптон, ксенон и др.), но практического влияния на организм водолазов и подводников эти газы не оказывают, т. к. находятся в воздухе в ничтожно малых количествах. В атмосферном воздухе присутствуют также водяные пары (до 4% по объему). Высокая влажность воздуха может вызывать у человека нарушение нормальных процессов выделения и поглощения тепла. Вся масса атмосферного воздуха своим весом давит на по­верхность земли и находящиеся на ней предметы и человека с силой, уравновешиваемой столбом ртути в 760 мм на уровне мо­ря, на широте 45° при 0° С. Эта величина, принятая за едини­цу давления, называется физической атмосферой и обозначается атм (атм = 760 мм рт. ст. или 10,33 м вод.ст., что соответст­вует 1,033 кгс/см). Атмосферное (барометрическое) давление, равное 1 атм, на-зывается нормальным. В технике и водолазном деле за единицу давления принимают давление в 1 кгс/см. Эта единица назы­вается технической атмосферой и обозначается ат (1 ат = 1кгс/см2, что соответствует 10 м вод.ст. или 735,6 мм рт.ст., или 0,968 атм). Поверхность тела человека составляет 1,5…2 м 2. Следова­тельно, сила, с которой атмосферный воздух давит на тело чело­века, составляет 15…20 тс. Однако человек этого не ощущает, т. к. его тело состоит из 65% жидких и 35% твердых веществ, практически не сжимаемых. Кроме того, газ, растворяясь в организме, а также сжимаясь в воздухоносных полостях, создает противодавление, рав­ное окружа-ющему давлению. Если выкачивать воздух из воздухоносных полостей, человек сразу ощутит всю тяжесть столба воздуха. Тело водолаза или подводника, находящегося в воде, испы­тывает дополнительное давление от веса столба воды. На каждые 10 м погружения в воду тело испытывает допол­нительное давление в 1 ат. Оно называется избыточным и обоз­начается ати. Сумма избыточного и атмосферного давлений назы­вается абсолютным давлением и обозначается ата. Например, на глубине 20 м на водолаза будет действовать абсолютное дав­ление, равное 3 ата (2 ати за счет давления столба воды и 1 ат за счет давления воздуха). В водолазной практике давление определяют водолазными манометрами, которые всегда показывают величину избыточного давления. Однако необходимо принять во внимание величину абсолютного давления, т. к. абсолютное давление является опре­деляющим при возникновении тех или иных нарушений в нашем организме. Для того чтобы водолаз или подводник не ощущал повышен­ного давления при спусках под воду, необходимо для дыхания применять воздух, сжатый до окружающего давления, который, проникая во все полости и ткани организма, будет уравновеши­вать внешнее давление. Равенство внешнего и внутреннего дав­лений – основное условие спусков под воду. Его необходимо строго соблюдать. Газы характеризуются следующими величинами: массой, за­нимаемым объемом, давлением и температурой. Все эти величины взаимосвязаны и взаимозависимы: при изменении одной из них меняются все остальные. Обратно пропорциональная зависимость между объемом газа и давлением при неизмен­ной температуре устанавливается законом Бойля-Мариотта: P1V1 = P2V2, где P1 и P2 – начальное и конечное давление газа, ат; V1 и V2 – начальный и конечный объемы газа, л (или м3). Из этого закона следует, что при увеличении давления объем будет уменьшаться. Пользуясь этим выражением, можно определить запас возду­ха, находящегося в баллонах дыхательного аппарата. Например, в двух баллонах, емкостью по 1 л каждый, под давлением 200 ат находится

приведенного к нормальному давлению воздуха. При одном и том же давлении повышение температуры газа приводит к увеличению его объема: «Объем данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален температуре» (закон Гей-Люссака). Такая же зависимость существует между давлением газа и его температурой при постоянном объеме (закон Шарля).Эти соотношения можно выразить формулами:

где: V1 и V2 – начальный и конечный объем газов при постоянном давлении, л; t1 и t2 – начальная и конечная температура газа, °С; P1 и P2 – начальное и конечное давление газов при постоянном объеме, ат. Из данных формул видно, что в случае повышения или понижения окружающей температуры объем газа будет меняться, а при неизменном объеме будет повышаться или понижаться давление газа в сосуде. Поправку на температуру, т. е. повышение или понижение давления в баллонах в зависимости от температуры, водолазы учитывают при подводных погружениях. ПРИМЕР. При температуре 27°С давление газа в баллоне равно 200 ат. Каким будет давление газа при погружении под воду, если температура воды 10°С? По формуле находим:

Температурный фактор имеет существенное значение при хранении газа в баллонах: баллоны с газом под давлением нельзя хранить вблизи отопительных приборов и под воздействием солнечных лучей, так как давление может повыситься до величин, превышающих допустимые. Если между газами нет химического взаимодействия, то они относятся друг к другу индифферентно и смешиваются во всех пропорциях. Каждый из них распространяется по объему так, как если бы других газов совершенно не было. Этим пользуются в водолазном деле при приготовлении дыхательных газовых смесей, применяемых при глубоководных спусках. Влияние на организм оказывают не столько процентное содер-жание газа в газовой смеси, сколько его парциальное давление, т. е. давление, создаваемое каждым газом в отдельности. При изменении окружающего давления процентное соотношение газов в составе газовой смеси не меняется, а изменяется их парциальное давление. Парциальное давление газа зависит от общего (абсолютного) давления смеси газов и процентного содержания газа по объему в смеси. Оно определяется по формуле:

где а – процентное содержание газа в газовой смеси; Р – общее давление газовой смеси; ρ – парциальное давление газа. Парциальное давление газа может быть выражено в мм рт.ст., мм вод.ст., в ата или в кПа. Парциальное давление газов атмосферного воздуха равно:



около 8 мм рт.ст. приходится на долю инертных газов. Зная парциальное давление газа и его процентное содержание, всегда можно найти общее давление газовой смеси и, наоборот, зная давление и процентное содержание газа в смеси, можно рассчитать парциальное давление.

Водная среда и ее свойства.

Влияние водной среды на организм Организм человека приспособлен к существованию в воздуш­ной среде. Пребывание человека под водой необычно, т. к. вода по своим физическим свойствам значительно отличается от воздуха: в ней нет газообразного кислорода, она значительно тяжелее и плотнее воздуха, имеет большую теплоемкость и высо­кую теплопроводность. Эти особенности создают специфические условия при погружениях под воду. Вода в 775 раз плотнее, а следовательно, и тяжелее воз­духа. Если на поверхности Земли человек испытывает давление, равное 1 кгс/см 2, то на глубине всего лишь 10 м давление удво­ится и будет равным 2 кгс/cм 2. Тело, погруженное в воду, теряет в весе столько, сколько весит вытесненный им объем воды (закон Архимеда). Вес тела человека обычно незначительно больше веса объе­ма вытесняемой им воды. Человек весом 80 кг вытесняет при погружении 78…79 л воды и, таким образом, в воде тело чело­века обладает отрицательной плавучестью, равной 1…1,5 кгс. Как правило, человек, не умеющий плавать, не удерживается на поверхности воды. Объем водолаза, одетого в водолазное снаряжение, увеличивается на 30…60 л (в зависимости от типа водолазного сна­ряжения), и следовательно, водолаз будет иметь большую поло­жительную плавучесть. Для компенсации (погашения) этой пла­вучести используют свинцовые или чугунные грузы (2 груза по 16…18 кг каждый). При этом отрицательная плавучесть водолаза, одетого в снаряжение, в воде колеблется от 5 до 10 кгс. Под­водник, одетый в изолирующее снаряжение, при выходе из апл не имеет грузов. Положительная плавучесть его составляет 7…8 кгс. Это обеспечивает лучшие условия для выхода из затонувшей подводной лодки как по специальному концу от пл до поверхности, так и при свободном всплытии, а также обеспечивает возможность удерживаться на плаву после выхода на поверхность до подхода спасательных средств. Кроме силы тяжести и силы плавучести на водолаза действуют гидродинамические силы, обусловленные течением воды, и различные механические силы. Однако основными силами, определяющими положение водолаза, находящегося в воде, являются сила тяжести и сила плавучести. Они определяют способность водолаза сохранять в воде необходимое положение и легко возвращаться к нему при наклоне в любую сторону. При работе под водой водолазу приходится принимать самые разнообразные положения: вертикальное, на коленях, на боку, на спине или животе. Во всех случаях водолаз старается придать своему телу наиболее устойчивое и удобное для выполнения работы положение. Способность удерживаться в воде в удобном положении называется остойчивостью водолаза. Чтобы достичь остойчивого положения, нужно грузы и аппарат для дыхания расположить на теле так, чтобы центр тяжести был ниже центра плавучести на одной вертикальной линии (см. рис. 6).

Рис. 6.

Положение водолаза под водой: А – неостойчивое; Б – остойчивое; ЦП – центр плавучести – точка приложения силы плавучести; ЦТ – центр тяжести – точка приложения силы тяжести

Если грузы расположить иначе, водолазу в воде будет тру­дно удерживать равновесие и передвигаться по грунту. В случае, когда под водолазным костюмом воздух скопится около нижней части туловища или ног, водолаза может перевер­нуть вверх ногами и выбросить на поверхность. Поэтому перед погружением под воду или перед выходом из апл в специальных костюмах необходимо тщательно удалить воздух из-под костюма через специальные клапаны. Для достижения положительной расчетной плавучести под­водника и во избежание переворачивания в спасательный гидро­комбинезон подводника вставляются металлические стельки. Это обеспечивает вертикальное положение подводника при всплытии. Под водой подводник испытывает разность давлений на ниж­ние и верхние участки тела. Эта разность тем больше, чем вы­ше рост водолаза. Нижние конечности обжимаются сильнее и, следовательно, хуже снабжаются кровью и больше подвергаются переохлаждению. Отток крови от верхних участков тела умень­шается, кровеносные сосуды переполняются кровью, что приво­дит в некоторых случаях к носовым кровотечениям. Теплоемкость воды в четыре раза больше теплоемкости воздуха, а теплопроводность в 25 раз больше. В холодной воде это ведет к переохлаждению водолаза. Для предупреждения тяжелых последствий время пребывания под водой человека без одежды ограничивается (см. табл. 15).

Таблица 15

Температура воды,

Время пребывания,мин

Пребывание в воде недопустимо

Если время пребывания в воде превышает приведенные в табл. 15 сроки, это влечет за собой появление «гусиной кожи», мышечной дрожи, синюшности, мышечных болей, затем нас­тупает окоченение мышц, потеря голоса, появляется икота, и человек теряет сознание. При температуре воды ниже 18°С погружение без гидрокомбинезона недопустимо. При температуре воды 12.°С следует одевать шерстяное водолазное белье и гидрокомбинезон. Осве­щенность предметов под водой зависит от толщины слоя воды, от высоты стояния солнца и угла падения солнечных лучей, а также от рассеивания света растворенными в воде веществами и взвешенными частицами, т. е. от прозрачности воды. Прозрачность воды определяется с помощью стандартного диска диаметром 30 см, который погружается до пределов его видимости. О прозрачности воды морей и океанов можно судить по дан­ным табл. 16.

Таблица 16

Острота зрения в воде понижается в 100…200 раз. Если между глазом и водой имеется воздушная прослойка, то преломляющая способность глаза нарушается незначительно и зрение особенно не страдает, но предметы кажутся приподня­тыми и расположенными ближе. Для улучшения видимости под водой в любом типе водолаз­ного снаряжения предусматривают воздушную прослойку между глазом и водой. Для улучшения видимости под водой в темное время суток и на глубине применяют подводные электрические светильники. Звук в воде распространяется со скоростью 1400…1500 м/сек, в воздухе – со скоростью 340 м/сек. Орган, воспринима­ющий звуковые колебания, у человека расположен во внутреннем ухе, куда звуковая волна может попасть двумя путями: путем воздушной проводимости через наружный слуховой проход и сис­тему среднего уха и путем вибрации костей черепа. На поверх­ности преобладает воздушная проводимость, под водой – костная. Поэтому звук под водой ослабляется: удар ключом по баллону слышен на расстоянии 100…150 м. Разница во времени между приходом звука в правое и левое ухо очень незначительна, и под водой трудно определить направление звука (ошибка может достигать 180°).

Биологическое действие газов на организм человека при повышенном давлении

Установлено, что биологическое действие газов на орга­низм человека зависит от величин их парциальных давлений. Изменения их парциальных давлений имеют существенное значение для жизнедеятельности. Рассмотрим влияние этих газов на организм человека. Азот – биологически индифферентный газ. В обычных условиях азот – нейтральный для организма газ. Попадая в легкие чело­века при дыхании, он не вступает в химические соединения с кровью и выделяется из организма через легкие. В нормальных условиях в организме человека растворен 1 л азота. При повышении давления растет парциальное давле­ние азота и в организме растворяется его дополнительное ве­совое количество. На глубине 50…60 м азот вызывает у человека нарушение внимания и ослабление памяти, при этом нарушается точная ко­ординация движений, теряется ориентировка в пространстве. При дальнейшем нарастании парциального давления, т. е. при погружении на большие глубины, появляется веселость, зрительные и слуховые галлюцинации. При погружении на еще большие глубины от азота у челове­ка наступает глубокий сон – наркоз. Наибольшей глубины погружения (123 м) на сжатом воздухе, в котором 78% азота, удалось достичь в 1936 году советскому водолазу Медведеву. Француз Фредерик Дюма в 1948 г. погружался на глубину 93 м, а его соотечественник Морис Фарг достиг глубины 120 м, где он сделал отметку. Продолжая погружаться дальше, Фарг погиб от азотного наркоза. Погружаться на глубины более 50…60 м, пользуясь для ды­хания сжатым воздухом, опасно. Правилами водолазной службы спуск под воду на глубины свыше 60 м в аппаратах, в которых для дыхания применяется сжатый воздух, запрещается. Для пог­ружения на большие глубины используются искусственно приготов­ленные газовые смеси. В этих смесях азот частично или полно­стью заменяется гелием, наркотическое действие которого про­является на глубинах свыше 300 м. Кислород – биологически активный газ. В организме человека кислород вступает в соединение с особым веществом гемоглобином, находящимся внутри эритроцитов. С током крови кисло­род переносится эритроцитами ко всем тканям тела, где происходит обмен между кровью и тканями: кровь отдает тканям кислород, идущий на окисление питательных веществ, а отнимает от тканей образовавшийся в них углекислый газ. В атмосферном воздухе содержится примерно 20,9% кислорода. Жизнь без кислорода невозможна. Внезапный перерыв в сна­бжении организма человека кислородом или даже уменьшение пос­тупления кислорода к тканям могут привести к тяжелому состоя­нию, называемому кислородным голоданием. Уменьшение процентного содержания кислорода во вдыхае­мом атмосферном воздухе на 1…2% человек практически не ощу­щает. Если содержание кислорода в воздухе уменьшается до 18%, наступает кислородное голодание. Чистый кислород оказывает на организм человека отравляю-щее действие. Чем больше глубина, тем сильнее оно выражено. Кислород – сильный окислитель. При дыхании чистым кисло­родом дыхательные пути разрушаются. Затем присоединяется ин­фекция и наступает воспаление легких. Это так называемая ле­гочная форма кислородного отравления. Установлено, что при дыхании чистым кислородом при нор­мальном давлении через 2…3 суток у человека возникает воспа­ление легких. При повышении давления растет парциальное дав­ление кислорода и соответственно увеличивается токсическое, т. е. отравляющее, действие кислорода, а время наступления отравления сокращается. Если человек будет дышать кислородом, парциальное дав­ление которого превышает 3 ат, возникает судорожная форма кислородного отравления. Воспаление легких при этом не успевает развиться, т. к. кислород, быстро растворяясь в мозго­вой ткани, вызывает бурные окислительно-восстановитель­ные процессы, что влечет за собой полное нарушение функции коры головного мозга и сопровождается общими судорогами. По своему внешнему проявлению кислородные судороги напоминают эпи­лептический приступ. При продолжающемся токсическом действии кислорода дыхание прекращается, сердце останавливается и наступает смерть. По этой причине в кисло­родных аппаратах, в соответствии с правилами водолазной службы, на чистом кис­лороде можно погружаться лишь на глубины до 20 м и находиться под водой не более 20 мин. В аварийных отсеках пл при создании противодавления повышается и парциальное давление кислорода, что существен­но влияет на работоспособность и продолжительность жизни лич­ного состава. Углекислый газ – также биологически активный газ. В атмосферном воздухе углекислого газа находится немного – всего 0,03%. В отсеках пл количество углекислого газа может доходить до 1%, 1,5% и даже больше. Углекислый газ при концентрации его во вдыхаемом возду­хе до 1% существенного влияния на организм человека не ока­зывает. Повышение концентрации углекислого газа в отсечном воз­духе до 3% и более приводит к острому отравлению. Поэтому на подводной лодке необходимо правильно исполь­зовать средства восстановления воздуха в отсеке, не допус­кать опасных концентраций углекислого газа. В аварийных отсеках пл при поступлении забортной воды и сжатии отсечного воздуха парциальное давление углекислого газа сильно повышается и, следовательно, усиливается его ток­сическое действие. Чтобы избежать вредного влияния на организм высоких парциальных давлений азота, кислорода и углекислого газа, перед повышением давления в отсеке пл необходимо включаться в изо­лирующие дыхательные аппараты. Газы, в отличие от жидкостей, обладают малой теплопро­водностью. Они являются хорошими тепловыми изоляторами. Теп­лопроводность газов возрастает с увеличением их температуры, но она не зависит ни от давления, ни от плотности газов. Теплопроводность различных газов сильно отличается друг от друга. Если теплопроводность воздуха принять за еди­ницу, то теплопроводность гелия в 6,18 раза больше, т. е. при дыхании газовыми смесями, содержащими гелий, организм быстрее будет охлаждаться окружающей средой.

Насыщение и рассыщение организма человека индифферентными газами. Действие повышенного давления на организм.

Известно, что всякий газ, приведенный в соприкосновение с жидкостью, будет растворяться в ней. При данной температуре растворимость газов прямо пропорциональна давлению. Растворе­ние газа в жидкости будет происходить до тех пор, пока давле­ние газа в жидкости не сравняется с давлением его над жидкостью. Если в жидкости растворяется одновременно несколько га­зов, то растворение каждого из них происходит независимо друг от друга. В этом случае каждый газ растворяется пропор­ционально величине его парциального давления в данной газо­вой смеси. Растворимость газов зависит также от химической природы газа, его температуры и от самого растворителя. Нап­ример, в масле и в воде газы растворяются по-разному. Однако объем растворенного газа не зависит от давления, т. к. по закону Бойля-Мариотта объем газа обратно пропор­ционален его давлению. Отсюда следует, что объем газа, раст­воренного в крови, будет одинаков, независимо от того, дышит человек воздухом под давлением в 1 атм или 3 ата. Весовое же количество растворенного газа будет изменяться. При погружении водолаза на глубину 20 м он будет испы­тывать давление в 3 ата. Объем растворенного в организме газа сразу уменьшится. Этот дефицит газа будет пополняться из крови, а в крови – из легких. Подобный переход газа продолжается до тех пор, пока не установится начальный объем насы­щения. В этот момент общий вес растворенного газа будет в три раза больше, чем при дыхании на поверхности. При нормальном атмосферном давлении кислород, растворен-ный в крови, быстро усваивается тканями, углекислого газа растворяется мало. В тканях растворяется большое количество азота. В организме человека, вес которого 70 кг, постоянно растворено около 1 л азота. При повышении давления (например, при спуске под воду на значительную глубину) в тканях организма растворяется дополнительное количество азота. В случае относительно короткого пребывания под давлением ткани не успевают полностью насытиться азотом. В покое насыщение идет медленно, при физической работе – быстрее. Насыщение зависит также от температуры воды и физических свойств организма водолаза. При длительном пребывании под повышенным давлением, особенно при высоких давлениях (более 5…6 ат), в организме растворяется значительное количество азота. Этот процесс называется насыщением. Если окружающее давление постепенно уменьшать, то растворенный газ будет выделяться из организма, т. е. произойдет рассыщение организма от избыточного растворенного газа. Газ при этом удаляется за счет диффузии через легкие с выдыхаемым воздухом. В легких парциальное давление кислорода высокое (105 мм рт.ст.), а в венозной крови, поступающей в легкие, – низ­кое (37 мм рт.ст.). Кислород свободно переходит из альвеол в кровь вследствие разности парциальных давлений. Зато парциальное давле­ние углекислого газа в крови выше (48 мм рт. ст.), чем в аль­веолярном воздухе, где оно составляет 41,8 мм рт. ст. Углекислый газ вследствие этого покидает кровь и переходит в альве­олы. Из альвеол он легко удаляется во время выхода. Проника­ющая способность углекислого газа очень высокая. Она в 10 раз больше, чем проникающая способность кислорода. В тканях организма, вследствие разности парциальных да­влений, кислород из крови поступает к клеткам, а кровь насы­щается углекислым газом – конечным продуктом обмена веществ. Находясь на поверхности земли, человек испытывает практически одинаковое давление воздуха на все участки тела. При погружении в воду давление воды на участки тела будет различ­ным. Для человека среднего роста (170 см) разность давлений столба воды на верхние и нижние участки тела составит около 130 мм рт.ст. Отток крови из участков, лежащих выше сердца, будет затруднен; от нижних конечностей кровь будет оттекать легко, т. к. давление столба воды будет выжимать кровь по направ­лению к сердцу. Нагрузка на сердце увеличивается, поэтому погружения под воду разрешаются только людям со здоровым сердцем. Не весь воздух, попадающий в дыхательные пути, участву­ет в процессе газообмена между легкими и кровью. В дыхатель­ных путях воздух очищается, нагревается и увлажняется, но непосредственного газообмена в дыхательных путях не происхо­дит. Это так называемый физиологический объем вредного пространства. Для каждого человека он постоянен и равен 140 см 3. Если спуски под воду производятся в снаряжении, то к физиологическому вредному пространству добавляется аппаратный объем вредного пространства. В современных аппаратах он сни­жен до минимума. Дыхательные пути человека создают определенное сопротивление току воздуха. У здорового человека эта величина столь мала, что практически не учитывается. С ростом давления увеличивается плотность воздуха и соп­ротивление дыханию. Например, на глубине 20 м сопротивление дыханию увели­чивается вдвое. У нетренированных людей длительное пребывание под водой вызывает утомление грудных мышц. Сопротивление дыханию создает и сам дыхательный аппа­рат. Нормально отрегулированный дыхательный аппарат имеет сопротивление 20…50 мм вод. ст. При повышенном давлении физиологические функции изменяются: дыхание становится реже. Это объясняется тем, что парциальное давление кислорода высокое, поэтому необходимости в усиленной его транспортировке нет. В организме человека имеется ряд полостей (система сред­него уха и околоносовые пазухи), которые содержат воздух и соединяются с атмосферой с помощью каналов. Если эти каналы проходимы, то при повышении окружающего давления в этих воздухоносных полостях также создается давление, равное окружаю­щему давлению. Водолаз или подводник при этом никаких непри­ятных ощущений не испытывает и могут легко, в течение 2…3 мин, осуществить переход от атмосферного давления до давле­ния 7…8 ат. Если каналы, соединяющие воздухоносные полости с атмос­ферой, непроходимы, давления в воздухоносных полостях не соз­дается. Наступает одностороннее смещение тканей, вследствие чего появляются сильные боли в ушах и надбровных дугах. Аналогичную картину можно наблюдать, если полость боль­ного зуба неправильно запломбирована: под пломбой остается полость, не соединяющаяся с атмосферой. При повышении давле­ния в этом случае также происходит одностороннее смещение тка­ней и появляется сильная зубная боль. При остром насморке каналы, соединяющие воздухоносные полости с атмосферой, воспаляются и становятся труднопроходи­мыми. Погружаться под воду при остром насморке не следует. После перенесенных гриппа, ангины, катара верхних ды­хательных путей наблюдается частичная непроходимость каналов, соединяющих воздухоносные полости с атмосферой. При погружении под воду у лиц, имеющих частичную непро­ходимость каналов, может появиться «надавливание» на ухо или околоносовые пазухи. Устраняется это выравниванием давления в воздухоносных полостях с окружающим давлением. Для этого необходимо глотать слюну или воздух, смещать вбок выдвинутую вперед нижнюю че­люсть, энергично делать выдох при закрытом рте и зажатом носе. Если это не помогает, нужно подняться на 1,5…2 м и снова по­пытаться выравнить давление. Если это не удается, следует выйти на поверхность. Пребывание в атмосфере повышенного давления сопровожда­ется ослаблением слуха. Хорошо известно также, что голос под повышенным давлением резко изменяется. Он приобретает носовой оттенок, т. к. изменяется давление в воздухоносных полостях носоглотки. Это следует учитывать при отдаче приказаний в аварийных отсеках пл под повышенным давлением и особенно при включении на дыхание в изолирующие дыхательные аппараты. Команды нужно произносить медленно, с паузами между сло­вами, четко и внятно.



 

Возможно, будет полезно почитать: