Φυσική Καταδύσεων

Παντελής Θεμιστοκλέους Εκπαιδευτής 2 αστέρων CMAS

Αυτός που θέλει να ασχοληθεί με την αυτόνομη κατάδυση πρέπει πρώτα να καταλάβει ότι το ανθρώπινο σώμα δεν είναι κατασκευασμένο ώστε να μπορεί να καταδυθεί και να αναδυθεί ανεξέλεγκτα, ή χωρίς να γνωρίζει ορισμένες παραμέτρους οι οποίες αλλάζουν για τον ανθρώπινο οργανισμό. Κατά τη διάρκεια της κατάδυσης αλλάζουμε περιβάλλον και από τον αέρα βυθιζόμαστε στο νερό. Από την μία ατμόσφαιρα πίεση αυξάνουμε στις δύο ή τρεις, αναλόγως του βάθους στο οποίο καταδυόμαστε. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή.

Ο άνθρωπος είναι συνηθισμένος (το ανθρώπινο σώμα είναι κατασκευασμένο) να ζει πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Εμείς οι αυτοδύτες πρέπει να ξέρουμε ότι από την στιγμή που καταδυόμαστε αλλάζουν κάποιοι φυσικοί παράγοντες που έχουν σχέση με το σώμα μας.

Ας πάμε να αναλύσουμε τον αέρα που αναπνέουμε καθώς και πως δημιουργείται η πίεση.

Αέρας: Η γη περικλείεται από μείγμα αερίων. Τα βασικά αέρια που το αποτελούν είναι οξυγόνο σε αναλογία 21% και άζωτο σε αναλογία 79%. Υπάρχει και μια πολύ μικρή ποσοστιαία αναλογία σε άλλα αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα τα οποία δεν μας επηρεάζουν άμεσα.

Ο2 οξυγόνο 21%

Ν2 Άζωτο 79%

CO2 Διοξείδιο του άνθρακα.

Ο αέρας που μας περιβάλλει έχει βάρος και αυτό το βάρος ονομάζεται ατμοσφαιρική πίεση. Για να μπορέσουμε να μετρήσουμε αυτή τη πίεση, θεωρητικά, κόβουμε μια στήλη αέρα εμβαδού βάσης 1 τετραγωνικό εκατοστό και ύψους 100 χιλιόμετρα. Εάν ζυγίσουμε αυτόν τον αέρα τότε θα δούμε ότι ζυγίζει 1 κιλό. Στην πράξη αυτό το βάρος είναι η μία ατμόσφαιρα που δεχόμαστε στη επιφάνεια της θάλασσας.

Τώρα κάτω από το νερό τα πράγματα αλλάζουν δραματικά. Η πίεση που δεχόμαστε είναι πολύ περισσότερη. Εάν θεωρητικά κόψουμε μια στήλη νερού εμβαδού βάσης ενός τετραγωνικού εκατοστού και ύψος 10 μέτρα και το ζυγίσουμε θα δούμε ότι το βάρος του νερού είναι 1 κιλό (ενώ στον αέρα χρειαζόταν 100 χιλιόμετρα για να ζυγίζει ένα κιλό). Άρα κάθε 10 μέτρα που κατεβαίνουμε η πίεση αυξάνει κατά μία ατμόσφαιρα. Αυτή η πίεση ονομάζεται υδροστατική πίεση.

Όταν κάνουμε κατάδυση πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη πάντοτε εκτός της υδροστατικής και την ατμοσφαιρική. Το άθροισμα των δύο πιέσεων ονομάζεται απόλυτος πίεση και είναι η συνολική πίεση που δεχόμαστε κάτω από την επιφάνεια.

Απόλυτος πίεση = υδροστατική + ατμοσφαιρική (1Bar).

Από τα πάρα πάνω συμπεραίνουμε ότι χιλιόμετρα αέρα πάνω από το κεφάλι μας προκαλούν πίεση μίας ατμόσφαιρας ενώ στο νερό μόνο 10 μέτρα προκαλούν την μεταβολή της πίεσης κατά μια ατμόσφαιρα.

Στην Επιφάνεια της θάλασσας 1 Ατμ ή 1 Bar στα 10 μέτρα 2 Bar στα 20 μέτρα 3 Bar στα 30 μέτρα 4 Bar

Ο λόγος είναι ότι η Πυκνότητα του νερού είναι κατά 80 φορές μεγαλύτερη του αέρα.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κάποιων αλλαγών όσον αφορά τον ανθρώπινο οργανισμό μέσα στο νερό.

Ορατότητα: Το ανθρώπινο μάτι για να δει καθαρά πρέπει να παρεμβάλλεται από αέρα. Κάτω από το νερό το πρόβλημα αυτό μπορούμε εύκολα να το επιλύσουμε με τη χρήση μάσκας.

Διάθλαση. Ο δείκτης διάθλασης του νερού διαφέρει από τον αέρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα αντικείμενα υποβρυχίως να φαίνονται μεγαλύτερα από ότι στην πραγματικότητα.

Ήχος: Ο ήχος στο νερό ταξιδεύει 4 φορές πιο γρήγορα από ότι στον αέρα. Γι αυτό το λόγο μέσα στο νερό δεν μπορούμε να καταλάβουμε από ποια κατεύθυνση προέρχεται ένα ήχος.

Θερμοκλινές: Είναι το φαινόμενο της αλλαγής της θερμοκρασίας με την αύξηση του βάθους. Δεν μας επηρεάζει άμεσα, το μόνο που μπορούμε να παρατηρήσουμε είναι μια αλλοίωση της εικόνας που βλέπουμε αλλά και να νιώσουμε αυτή την απότομη αλλαγή της θερμοκρασίας.

Φως και Χρώματα: Το φως κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας μειώνεται για κάποιους παράγοντες, όπως η ανάκλαση στη επιφάνεια της θάλασσας καθώς και απορρόφηση από το νερό. Τα χρώματα επίσης χάνονται αναλόγως του βάθους που βρισκόμαστε. Στα 15 πόδια χάνεται το κόκκινο. Στα 35 το κίτρινο , στα 60 το πράσινο και μέχρι τα 100 πόδια παραμένει το γκρι και το μπλε. Μετά όλα τα αντικείμενα σε αυτό το βάθος αποκτούν μια φαιοπράσινη απόχρωση. Μπορούμε όμως να υπερβούμε αυτό το πρόβλημα με τη χρήση τεχνητού φωτισμού που θα επαναφέρει τα χρώματα των αντικειμένων.

Μετάδοση θερμότητας στο νερό: Η κανονική θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος είναι 36.7 βαθμούς κελσίου. Ο ρυθμός απώλειας θερμοκρασίας είναι πολύ πιο μεγάλος στο νερό από ότι στον αέρα. Το πρόβλημα που δημιουργείται αν δεν λάβουμε τα κατάλληλα μέτρα είναι η υποθερμία.

Χαρακτηριστικά οι τρεις φάσεις της υποθερμίας είναι:

Πρώτη Φάση (Φάση αντίστασης)

· Θερμοκρασία σώματος από 37°- 34°C
· Τρεμούλα, ανατρίχιασμα
· Αύξηση του ρυθμού αναπνοής
· Αύξηση των παλμών της καρδιάς
· Αύξηση της πίεσης του αίματος
Δεύτερη φάση (Φάση εξάντλησης)

· Θερμοκρασία σώματος από 34°- 31°C
· Ραγδαία μείωση παλμών
· Μείωση της πίεσης
· Κόπωση
· Μυϊκή ακαμψία
· Καρδιακή αρρυθμία
· Μειώνεται σταδιακά ο πόνος στα άκρα

Τρίτη φάση (Φάση παράλυσης)

· Θερμοκρασία σώματος από 31°- 25°C
· Διαστολή εγκεφάλου (οίδημα)
· Απώλεια αντίδρασης
· Απώλεια αναπνοής
· Καρδιακή ανεπάρκεια
· Θάνατος

Μπορούμε να λύσουμε αυτό το πρόβλημα με τη χρήση της κατάλληλης στολής.

Αυξημένη αντίσταση στο σώμα μας, λόγω της μεγάλης πυκνότητας του νερού. Το πρόβλημα αυτό λύεται με τη χρήση των πέδιλων.

Πλευστότητα: όταν το σώμα μας βυθιστεί στο νερό τότε υπάρχει η δυνατότητα είτε να έχουμε θετική πλευστότητα, είτε αρνητική ή ακόμη και ουδέτερη. Αυτό εξαρτάται από την κατασκευή του σώματος του κάθε αυτοδύτη. Πως μπορούμε να το ρυθμίσουμε αυτό με τη χρήση του ρυθμιστή πλευστότητας σε συνδυασμό με τη ζώνη βαρών.

Επίδραση της πίεσης στα υγρά και αέρια. Τα υγρά είναι ασυμπίεστα. Δηλαδή ο όγκος των υγρών δεν μεταβάλλεται με την μεταβολή της πίεσης. Σε αντίθεση με τα υγρά όμως τα αέρια συμπεριφέρονται διαφορετικά σε περιβάλλον αυξημένης πίεσης.

ΝΟΜΟΙ ΑΕΡΙΩΝ

Αφού καταλάβαμε πως δημιουργείται η πίεση και πως την μετρούμε θα δούμε παρακάτω το πιο βασικό νόμο των αερίων ο οποίος είναι ο νόμος του Μπόυλ.

Ορισμός: Υπό σταθερή θερμοκρασία ο όγκος ενός αερίου μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα της πίεσης.

Απόλυτη πίεση ελαττώνεται = όγκος αυξάνει = πυκνότητα ελαττώνεται.

Ο ανθρώπινος οργανισμός περιέχει χώρους όπου περικλείεται αέρας οι οποίοι κατά την διάρκεια της κατάδυσης ο όγκος τους έχει την ίδια συμπεριφορά με αυτό του μπαλονιού του παραπάνω παραδείγματος. Στα παρακάτω μαθήματα θα εξηγήσουμε πως μπορούμε να αποφύγουμε μερικά από τα προβλήματα που δημιουργεί η επίδραση της πίεσης στους χώρους του σώματος μας που περικλείουν αέρα. ( Βαροτράυματα πνευμόνων, αυτιού κ.α.).

Νόμος Dalton (Νόμος των μερικών πιέσεων)

Ορισμός: Σε κάθε μείγμα αερίων, το κάθε αέριο εξασκεί την δική του πίεση η οποία ισούται με την εκατοστιαία αναλογία του αερίου στο μείγμα. Η πίεση που εξασκεί το αέριο λέγεται και μερική πίεση. Άρα στον ατμοσφαιρικό αέρα (μείγμα) η αναλογία των αερίων είναι 21% οξυγόνο και 79% άζωτο. Οι μερικές πιέσεις των αερίων στην ατμόσφαιρα είναι 0,21 bar για το οξυγόνο και 0,79 bar για το άζωτο. Εάν προσθέσουμε τις μερικές πιέσεις τότε έχουμε την πίεση του μείγματος που είναι 1 bar.

Παράδειγμα: Εάν έχουμε 2 bar πίεση αέρα τότε οι μερικές πιέσεις των αερίων είναι : 0,42 bar για το οξυγόνο και 1,58 bar για το άζωτο.

0,42 Ο2+1,58Ν=2 bar. Ατμοσφαιρικού αέρα.

Νόμος Henry

Ορισμός : Η ποσότητα του αερίου που διαλύεται σε ένα υγρό είναι ανάλογη με την μερική πίεση του αερίου.

Όταν καταδυόμαστε η ποσότητα των αερίων που διαλύονται στο αίμα μας είναι ανάλογα με την πίεση που δεχόμαστε. Όσο πιο βαθιά τόσο πιο μεγάλη πίεση άρα περισσότερη διάλυση αερίων στο αίμα μας.

Νόμος Charley:

Ορισμός : Υπό σταθερή πίεση ο όγκος ενός αερίου μεταβάλλεται ανάλογα με την θερμοκρασία.

ΚΑΙ

Υπό σταθερό όγκο η πίεση ενός αερίου μεταβάλλεται ανάλογα της θερμοκρασίας.

Ο νόμος αυτός δεν επηρεάζει άμεσα τους αυτοδύτες αλλά τις συσκευές μας και συγκεκριμένα τις φιάλες πιεσμένου αέρα. Κατά το γέμισμα θα δούμε ότι η θερμοκρασία τους αυξάνεται. Όταν λανθασμένα εκτεθούν στον ήλιο θα αυξηθεί η θερμοκρασία και η πίεση στο εσωτερικό τους.

Αρχή Αρχιμήδη.

Ορισμός: Κάθε βυθιζόμενο σώμα δέχεται μια κατακόρυφη δύναμη προς τα πάνω, η οποία (δύναμη) ισούται με το βάρος του εκτοπιζόμενου από το σώμα νερού.

Θετική πλευστότητα έχουμε όταν η άνωση είναι μεγαλύτερη του βάρους του βυθιζόμενου σώματος.

Ουδέτερη πλευστότητα έχουμε όταν η άνωση ισούται με το βάρος του σώματος.

Και αρνητική έχουμε όταν η άνωση είναι μικρότερη από το βάρος τους σώματος.