Dobrodošli v spletni trgovini s potapljaško opremo.

Fizika potapljanja

Svetloba nad gladino in pod njo

Pred potopom sedimo na obali. Opazujemo žive barve sosednjega otoka , vodna gladina se lesketa v jutranjem soncu. Oziramo se za ropotom ladijskega motorja, ki prihaja izza rta. In kaj pravi fizika na naše dojemanje sveta?

Sonce nam pošilja tako imenovano belo svetlobo. Ta je sestavljena iz spektra različnih barv, ki so lepo vidne v mavrici. Ko pade svetloba na predmet, le ta svetlobo delno vpije, delno pa se svetloba odbije. Če se od predmeta odbijejo v enakem obsegu vse barve vidimo predmet bel, če se odbije le rdeča barva vidimo predmet rdeč.

Ko se svetloba dotakne vodne gladine se zgodi podobno. Del žarkov prodre v vodo, del pa se od vode odbije, kar vidimo kot lesketanje. Odboj je odvisen od vpadnega kota žarkov na gladino. To je opazno predvsem zjutraj in zvečer, ko je sonce nizko na obzorju in se večina sončnih žarkov od gladine odbije. Žarki, ki prodrejo v vodo se ob prehodu na gladini lomijo. V fiziki je to poznano kot lom svetlobe pri prehodu iz redkejše v gostejšo snov in obratno. Podobno se svetloba lomi pri prehodu iz vode skozi steklo maske in zraka do potapljačevih oči. Zaradi tega so predmeti v vodi videti večji kot so v resnici.

Tako ko zapustimo gladino in se podamo v globine pa opazimo, da dno ni več tako barvito, kot je bilo ob obali. Prevladujeta modra in zelena barva. Zakaj?  Bela svetloba se začne pri prodiranju skozi vodo absorbirati. Prvi, že po nekaj metrih,  se absorbira rdeči del bele svetlobe, nekoliko dlje vztrajata oranžna in rumena, globlje izgubi moč zelena. Najdlje se v globinah obdrži modra svetloba. Zato ni nikdar odveč, da tudi na dnevni potop vzamemo svetilko, ki povrne barvitost podvodnega sveta.

Zvok pod vodo

Kot smo zapisali v poglavju o svetlobi na površju nimamo težav z določevanjem smeri iz katere prihaja ropot ladijskega motorja, ali katerega koli drugega zvoka. Ker imamo dve ušesi med sabo razmaknjeni pride zvok do enega prej kot do drugega. Zamik, ki ga naši možgani zaznajo, govori o smeri iz katerega zvok prihaja.

Podobno bi lahko pričakovali tudi pod vodo.  Ker pa je voda od zraka mnogo gostejša, potuje zvok v njej štirikrat hitreje kot po zraku.  To pomeni, da je zamik štirikrat krajši, kar pa naši možgani ne zaznajo več. V vodi tako zelo težko določamo smer iz katere prihaja hrup.

Tlak

Tlák ali pritísk (oznaka p) je kot fizikalna intenzivna količina razmerje med velikostjo ploskovno porazdeljene sile F in površino ploskve S, na katero ta sila deluje ( p = F / S ).

Pri napovedi vremena dobimo vedno informacijo o zračnem pritisku. Normalen zračni pritisk znaša na morski gladini 1013 mbar, z starimi enotami je to 1 atmosfera  =1 ata (atmosferski tlak). Že iz same besedne zveze zračni pritisk razberemo, da je govora o  zračni masi, ki je nad nami in z svojo silo teže pritiska na površje zemlje in s tem tudi na nas. Vedeti moramo, da  tekočine pritiskajo enakomerno na vse strani.

Ko se potopimo v vodo pa na nas, poleg atmosferskega tlaka 1 ata, deluje tudi tlak mase vode nad nami. Ker ima voda dosti večjo gostoto od zraka, se na vsakih 10m poveča tlak na potapljača za 1 atmosfero. Na globini 10m deluje na nas tlak 2 ata, na 20m 3 ata in tako naprej.

Arhimedov zakon (plovnost)

Arhimedov zakon pravi, da je teža telesa potopljenega v mirujočo tekočino, navidezno manjša za težo izpodrinjene tekočine. Na telo deluje sila vzgona, ki je enaka teži izpodrinjene tekočine in deluje v nasprotno smer sili teže telesa. S pomočjo arhimedovega zakona lažje razumemo, zakaj nekateri predmeti plavajo in zakaj se drugi potopijo.

Poglejmo primere kdaj telo plava (pozitivna plovnost), kdaj v vodi lebdi (nevtralna plovnost) in kdaj tone (negativna plovnost).

Ko sta sila teže telesa in sila vzgona enaki je telo nevtralno plovno in lebdi na poljubni globini. V primeru da je sila vzgona večja, telo plava oziroma se dviga proti površju, če je večja sila teže, telo tone v globino.

Boyle-Marriotov zakon

Boyle Marriotov zakon povezuje tlak in prostornino plina pri konstantni temperaturi.

Matematično ga zapišemo:

    pV = konst.

Kaj ta enačba pomeni v praksi? Vzamimo balon in ga na morski gladini (okoliški tlak je 1 bar) napolnimo z 10l zraka. Če se z balonom potopimo 10 m globoko se bo tlak na balon podvojil . Ker sta tlak in prostornina pri konstantni temp. obratno sorazmerna, se bo prostornina zraka v balonu razpolovila. Globlje kot se potopimo manjši bo balonček.

Pri potapljanju z avtonomno potapljaško opremo se to odraža pri uravnavanju plovnosti. Naš kompenzator plovnosti lahko enačimo z zgornjim balončkom.  Da ohranjamo enakomerno prostornino in s tem vzgon (z vzgonom pa uravnavamo hitrost dviga ali spusta)v naš kompenzator dodajamo zrak iz jeklenke.

Posebne pozornosti pa mora biti deležen zrak ujet v potapljačevem telesu. Se pravi, srednjem ušesu, predvsem pa pljučih (več v poglavju o človeškem telesu pri povišanem tlaku).

Charlesov zakon

Charlesov zakon povezuje temperaturo s tlakom oziroma prostornino.

Zapišemo ga:

    V/T = konst.  – pri konstantnem tlaku

Ali

    p/T = konst.  – pri konstantni površini
 

Charlesov zakon je pomembno poznati pri polnjenju jeklenk. Če polno  jeklenko pustimo na soncu lahko tlak v njej nevarno naraste.  Po  drugi strani tlak pri ohlajanju jeklenke pade. Če jeklenko polnimo s toplim zrakom in kasneje skočimo v mrzlo vodo, bo tlak padel in nam s tem skrajšal potop.

Daltonov zakon (delni tlaki)

Daltonov zakon pravi da je tlak mešanice plinov pri dani prostornini in temp. enak vsoti delnih tlakov posameznih plinov, ki mešanico sestavljajo.

 p =∑pi
i

 oziroma

p = p1 + p2 + p3 + .....+ pn

Vzemimo za primer kar zrak, ki je sestavljen iz 21% kisika in 78% dušika (1 % ostalih primesi zanemarimo). Pri  atmosferskem tlaku 1 ata je tako delni tlak kisika 0,21 ata in delni tlak dušika 0,78 ata.  Že na globini 10 m pa ta tlaka narasteta na 0,48 in 1,58 ata. Zakaj je pomembno poznati vrednosti delnih tlakov pa v potapljaški fiziologiji.