Od lat szkolnych wszyscy wiedzą, że woda jest gęstsza niż powietrze. Z tego powodu zmiana ciśnienia pod wodą przy zanurzeniu jest szybsza niż jego zmiana wraz ze wzrostem wysokości. Tak więc, gdy schodzimy 10 metrów, następuje wzrost ciśnienia na atmosferę. W głębokich depresjach oceanicznych, sięgających 10 tysięcy metrów, liczba ta wynosi tysiąc atmosfer. Jak dowiedzieć się, jak ciśnienie zmienia się pod wodą i jak wpływa na żywe istoty, zostanie opisane poniżej.
Obliczenia fizyczne
Gęstość słonej wody morskiej jest o 1-2% większa niż świeżej cieczy. Dlatego z pewną dokładnością można obliczyć, jakie ciśnienie jest pod wodą, ponieważ po zanurzeniu na każde 10 metrów wzrasta o jedną atmosferę. Na przykład łódź podwodna na głębokości 100 metrów doświadcza ciśnienia 10 atmosfer, co można porównać ze wskaźnikami wewnątrz kotła parowego w lokomotywie. Wynika z tego, że każda warstwa w morzu ma swoją własnąindeks hydrostatyczny. Wszystkie łodzie podwodne wyposażone są w manometry mierzące ciśnienie wody za burtą, na podstawie których można określić stopień zanurzenia.
Na dużej głębokości ściśliwość wody staje się zauważalna, ponieważ jej gęstość w głębokich warstwach jest wyższa niż na powierzchni. A ciśnienie rośnie szybciej niż liniowo, przez co wykres nieznacznie odbiega od linii prostej. Dodatkowe ciśnienie spowodowane kompresją płynu wzrasta wraz z kwadratem. Podczas schodzenia 11 km jest to około 3% całkowitego ciśnienia na tej głębokości.
Jak badane są morza i oceany
W badaniu wykorzystano batyskafy i batysfery. Batysfera to stalowa kula z pustką wewnątrz, która może wytrzymać bardzo wysokie ciśnienie głębin morskich. W ścianie batysfery umieszczony jest iluminator - hermetyczny otwór zamknięty mocnym szkłem. Batysfera z naukowcem jest opuszczana ze statku na stalowym kablu do tej warstwy wody, której reflektor nie jest w stanie oświetlić. Dzięki temu urządzeniu udało się zejść do 1 km. Batyskafy z batysferą (wzmocnioną na dole dużym stalowym zbiornikiem), napełnioną benzyną, pozwalają osiągnąć jeszcze większe zanurzenie.
Ponieważ gęstość benzyny jest mniejsza niż wody, taka konstrukcja może poruszać się w morzu jak sterowiec w powietrzu. Zamiast gazu lekkiego stosuje się benzynę. Jednocześnie batyskaf wyposażony jest w zapas balastu i silnik, dzięki czemu w przeciwieństwie do batysfer może poruszać się samodzielnie, bez konieczności komunikacji ze statkiem napowierzchnia.
Badania ciśnienia pod wodą na głębokości
Na początku batyskaf unosi się na wodzie jak pływająca podwodna łyżka. Aby rozpocząć nurkowanie, do pustych przedziałów balastowych wlewa się wodę morską, przez co konstrukcja zaczyna zapadać się coraz głębiej pod wodą, aż do dna. Aby wynurzyć się na powierzchnię, balast zostaje zwolniony i bez nadmiaru ładunku batyskaf z łatwością unosi się na powierzchnię.
Najgłębsze nurkowanie z batyskafem miało miejsce 23 stycznia 1960, kiedy spędził 20 minut w rowie Mariana na głębokości 10919 metrów pod wodą, gdzie ciśnienie wynosiło ponad 1150 atmosfer (obliczenia zostały przeprowadzone z uwzględnieniem wzrostu gęstości cieczy na skutek ściskania i zasolenia). W wyniku eksperymentu naukowcy odkryli żywe stworzenia, które żyją nawet w tak trudno dostępnych miejscach.
Ciśnienie wody
Podczas nurkowania płetwonurek lub pływak napotyka ciśnienie hydrostatyczne na całej powierzchni ciała, które przekracza normalne parametry jego ciała. Chociaż ciało nurka może nie mieć bezpośredniego kontaktu z wodą z powodu gumowego skafandra, ciało nurka jest poddawane takiemu samemu ciśnieniu, jak ciało pływaka, ponieważ powietrze w skafandrze musi być sprężone ze względu na czynniki środowiskowe. Z tego powodu nawet powietrze oddechowe dostarczane przez wąż musi być wpompowywane, biorąc pod uwagę ciśnienie wody na zamierzonej głębokości. Ten sam wskaźnik musi dotyczyć powietrza dostarczanego z butli do maski płetwonurka. Dlatego nurkowie muszą oddychać powietrzem z niezwykłą szybkością.
Dzwon nurkowy lub keson również nie pomogą w walce z ciśnieniem, ponieważ powietrze w nim powinno być sprężone, aby nie spadło pod dzwon, to znaczy zwiększyć je do wskaźników środowiskowych. Z tego powodu przy stopniowym zanurzeniu następuje ciągłe pompowanie powietrza z oczekiwaniem ciśnienia wody na osiągniętej głębokości.
Wysokie stawki mają zły wpływ na samopoczucie i zdrowie człowieka, dlatego istnieje pewien limit, do którego ludzie mogą pracować bez szkody dla zdrowia. Zwykle podczas nurkowania w skafandrze dochodzi do 40 metrów, co odpowiada 4 atmosferom. Nurek może zejść na duże głębokości tylko w sztywnym skafandrze kosmicznym, który przejmie ciśnienie wody. Może bezpiecznie nurkować do 200 metrów.
Wpływ na zdrowie człowieka
Gdy przebywasz pod wodą przez długi czas pod wysokim ciśnieniem, znaczna ilość powietrza rozpuści się we krwi i innych płynach ustrojowych. Jeśli nastąpi gwałtowne wynurzenie się nurka na powierzchnię, wówczas rozpuszczone powietrze zacznie się uwalniać z krwi w postaci bąbelków. Nagłe uwolnienie pęcherzyków może prowadzić do silnego bólu w całym ciele i prowadzić do choroby dekompresyjnej. Dlatego może upłynąć dużo czasu (kilka godzin), zanim rozpuszczony gaz zostanie uwolniony stopniowo i bez bąbelków, aby podnieść nurka, który przez długi czas pracował na dużych głębokościach.
Ciśnienie morskie i zwierzęta morskie
Chociaż wcześniej wskazywano ogromne wartości ciśnienia na dnie morza, dla zwierząt morskich nie są to tak istotne wskaźniki. Miejscowi mieszkańcy mogą spokojnie i spokojnie znosić ogromne wahania tego wskaźnika w ciągu dnia. Jednak niektóre takie zwierzęta nie tolerują zbyt dobrze gwałtownych zmian ciśnienia. Na przykład labraks puchnie, gdy zostanie zabrany na ląd, zwłaszcza jeśli zostanie bardzo szybko wyjęty z wody.
Ciśnienie atmosferyczne pod wodą jest dość łatwe do obliczenia. Wystarczy pamiętać, że na każde 10 metrów przypada 1 atmosfera. Jednak na większych głębokościach w grę wchodzą inne wskaźniki, takie jak kompresja i gęstość wody. W związku z tym konieczne będzie przeprowadzenie obliczeń z uwzględnieniem tych wartości.
