Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2."— Zapis prezentacji:

1 Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2 F PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA

2 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE J ednostki fizyczne nazwa oznaczeniejednostki masamg, kg siła, ciężarF, QG, kG, N długośćl, Lcm, m, km powierzchniaScm 2, m 2 objętośćVl, m 3 ciśnieniep, PPa, hPa, MPa, bar, at, atm, (ata), psi temperaturat, T˚C, ˚K, (˚F, ˚R) prędkośćvm/s przyspieszeniea, g (ziemskie) m/s 2 czasts, min, h (=godz.)

3 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE zamiana jednostek ciśnienia zestawienie dla praktyki nurkowej

4 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE zamiana jednostek ciśnienia - przykłady 1at = 1kG/cm 2 10N/(0,01m) 2 = 10/0,0001 N/m 2 = = 10 * Pa = 10 5 Pa = 1bar 10mH 2 O 1atm = 760mmHg = 76cm * 13,6 G/cm 3 = = 1033G/cm 2 = 1,03kG/cm 1at 1bar 1at 1atm 1MPa = 10barów 10at 10atm UWAGA: 1kG = 9,81N 10N

5 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA WODA własności wody niezwykła zależność gęstości od temperatury - pływanie lodu - opadanie wody 4˚C b. wysoka przewodność cieplna: efekt chłodzenia b. duże ciepło właściwe (tzn. ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1g o 1˚) b. duże ciepło parowania (tzn. ilość ciepła potrzebna do odparowania 1g)

6 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA WODA własności wody (c.d.) b. duże ciepło zamarzania / topnienia b. duże napięcie powierzchniowe b. duży efekt kapilarny b. wysoka stała dialektyczna – efekt rozpuszczania praktyczna nieściśliwość

7 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA WODA niezwykła zależność gęstości od temperatury

8 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA POWIETRZE cechy fizyczne powietrza powietrze - skład w tym argon 0,93%

9 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA POWIETRZE ciśnienie i gęstość gęstość przy 0˚C, 1atm = 1,23kg/m 3 1km -0,1at wysokośćciśnienie [km][bar] 01,01 10,90 20,80 30,70 40,62 50,54 60,47 70,41 80,36 Mount Everest

10 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE Ciśnienie całkowite – PRAWO TORICELLIEGO Ciśnienie całkowite na danej głębokości w wodzie jest sumą ciśnień powietrza na powierzchni oraz ciśnienia (nadciśnienia) słupa wody. P całk. = P atm + P wody 1 + h/10 [at], [ata], [bar] Gdzie h[m] – głębokość w wodzie

11 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE Prawo Torricelliego P Atmosferyczne P Hydrostatyczne P Atmosferyczne + P Hydrostatyczne = P Całkowite

12 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PŁYWALNOŚĆ CIAŁ pływalność ciał – PRAWO ARCHIMEDESA Ciało zanurzone w wodzie traci na wadze tyle, ile waży wada przezeń wyparta. pojęcia: -siła wyporu, środek wyporu -siła ciężkości, środek ciężkości -pływalność, stateczność pływalność = siła wyporu – siła ciężkości

13 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PŁYWALNOŚĆ CIAŁ Prawo Archimedesa 10 kG kG Objętość [V] = 1 litr

14 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Pływalność ciał Kontrola pływalności Dodatnia Obojętna Ujemna Dodatnia Obojętna

15 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PŁYWALNOŚĆ CIAŁ prawo Archimedesa – przykład pływalność nurka wzrasta w trakcie nurkowania w skutek ubytku powietrza na danej głębokości w tempie ok.: (1+h/10)*0,023 kG/m 3 tak więc, dla h = 40 m, t = 10 min spadek ciężaru nurka = 1,15 kG

16 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE Prawo Pascala ciśnienie w danym punkcie zbiornika, wypełnionego cieczą lub gazem, jest identyczne we wszystkich kierunkach, lub inaczej – zanurzone na określoną, stałą głębokość ciało podlega równomiernemu ciśnieniu ze wszystkich stron.

17 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE Prawo Pascala Jeżeli na płyn (gaz lub ciecz) w zamkniętym zbiorniku zostanie wywarte ciśnienie, wówczas ciśnienie to rozchodzi się w zbiorniku równomiernie we wszystkich kierunkach. R1 = R2 = R3 Jelita Płuca Żołądek Tchawica Oskrzela Zatoki Drogi oddechowe

18 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Prawa gazowe prawa gazowe gaz doskonały p*V =const T równanie Clapeyrona (równanie stanu gazu doskonałego) T=constp. Boylea – Mariottea (izoterm.)zmiana P, V P=constp. Charlesa (izobar.)zmiana V, T (izochor.)zmiana P, T (adiabat.)zmiana P, V, T V=constp. Gay-Lusaca H=constp. Poissona

19 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Prawa gazowe Równanie Clapeyrona P*V/T = const (= n*R) => P 1 *V 1 /T 1 = P 2 *V 2 /T 2 gdzie stan 1 – przed zmianą, stan 2 – po zmianie; const (constans) = stałe [łac.] P – ciśnienie absolutne, mierzone zwykle (w Europie) w barach lub atmosferach, V – objętość, mierzona zwykle w m 3 lub litrach T – temperatura absolutna, mierzona zwykle w stopniach Kelvina [º K] = t [º C] Dodatkowo: n – miara ilości gazu [w gramocząstkach] oraz R – uniwersalna stała gazowa)

20 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Prawa gazowe prawo Boylea-Mariottea dla T=const, P*V = const => P 1 *V 1 = P 2 *V 2, przemiana izotermiczna Zastosowanie: zmiana obj. gazów i zużycie powietrza pod wodą, zapas gazu.

21 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA JEDNOSTKI FIZYCZNE POWIETRZE 1/5 Dla ustalonej masy gazu, przy stałej temperaturze, ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości 1 0 m1 at 1/2 10 m2 at 1/3 20 m3 at 1/4 30 m 4 at 1/5 40 m 5 at POWIETRZE 1/4 POWIETRZE 1/3 POWIETRZE 1/2 POWIETRZE 1 1 at 0 m 2 at 10 m 3 at 20 m 4 at 30 m 5 at 40 m Prawo Boylea – Mariottea

22 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE prawo Boylea-Mariottea przykład – nurkowanie na bezdechu na 20m P 1 =1at P 2 =1+h/10=3at V 1 =6l V 2 =P 1 V 1 /P 2 =1*6/3=2l Pływalność spada o 4 kG.

23 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE prawo Charlesa dla V=const, P/T= const => P 1 /T 1 = P 2 /T 2, przemiana izochoryczna Zastosowanie: nagrzewanie i schładzanie butli.

24 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE prawo Charlesa przykład – Butla bezpośrednio po naładowaniu do 200 at ma temperaturę 35º C. Jakie jest ciśnienie w butli gdy schłodzimy ją do temp. 4º C. Odp. wg prawa Charlesa: P2=P1*T2/T1 = 200*(273+4)/(273+35) = 200*0,899=179,8 at (ubytek ciśnienia 10%) Uwaga1: wynik nie zależy od objętości butli. Uwaga2: zużycie powietrza liczone wg standardowej zasady 20 l./min. / 4º C może być przeszacowane – powietrze w płucach przy każdym wdechu ogrzewa się od tkanki, zwiększając objętość.

25 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE prawo Poissona P*V k = const T const, k = 1,4 (dla doskonałego powietrza) H= const (brak wymiany ciepła z otoczeniem) przemiana adiabatyczna Zastosowanie: chłodziarki sprężarkowe gazu, zapłon samoczynny w silniku Diesla.

26 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE Zagadka: pojemnik dwukomorowy po wyrównaniu się ciśnienia, a) T -> T 1, b) T=T 1, c) T

27 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA GAZY RZECZYWISTE efekt Joule`a–Thomsona efekt dodatni: spadek temperatury gazu rzeczywistego przy rozprężaniu poprzez dyszę lub zawór (uwaga: gaz idealny – nie istniejący w naturze, nie wykazuje takich efektów) (H 1 =H 2 => przemiana adiabatyczna)

28 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA EFEKT JOULEA-THOMSONA (C.D.) Uwaga: jeśli T 1 jest większa niż tzw. temperatura inwersji, określona dla każdego gazu rzeczywistego, gaz ten nagrzewa się przy wypływie, a nie schładza! Temperatury inwersji: He = 40º K, N 2 = 621º K, O 2 = 764º K, Ne = 231º K, tzn. w temperaturach użytkowych np. +/- 40º C hel będzie się nagrzewał, azot i tlen schładzały. W automacie oddechowym efekt ten powoduje obmarzanie dysz - przy oddychaniu powietrzem (inaczej niż przy helioksie!)

29 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE PRAWO DALTONA - ciśnienie mieszaniny gazów Ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej jest równe sumie ciśnień parcjalnych wszystkich składników P = P 1 + P 2 + P P n Ciśnienie parcjalne danego składnika gazu P i (i=1,2..., n), przedstawić można jako iloczyn ciśnienia całkowitego P mieszaniny oraz udziału (frakcji) F i tego składnika w mieszaninie P i = F i * P

30 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE PRAWO DALTONA - przykładowe obliczenia · ciśnienie parcjalne tlenu i azotu w powietrzu atmosferycznym · maksymalna głębokość nurkowania na powietrzu · maksymalna głębokość nurkowania na czystym tlenie · maksymalna głębokość nurkowania dla Nitroksu · głębokość równoważna co do nasycenia azotem dla Nitroksu (w stosunku do powietrza)

31 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PRAWA GAZOWE PRAWO DALTONA – przykład (c.d.) maksymalna głębokość nurkowania na powietrzu - ze względu na zatrucie tlenem

32 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH PRAWO HENRYEGO – rozpuszczanie się gazu w danej cieczy Rozpuszczalność gazu w cieczy rośnie proporcjonalnie do ciśnienia gazu będącego w kontakcie z cieczą C = k*P gdzie: C - stężenie rozpuszczonego gazu k - wsp. rozpuszczalności danego gazu P - ciśnienie gazu

33 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH PRAWO NERNSTA – rozpuszczanie się gazu w różnych, nie mieszających się cieczach Stężenie rozpuszczonego gazu w każdej, nie mieszającej się cieczy poddanej wspólnemu ciśnieniu jest proporcjonalne do ciśnienia gazu oraz charakterystycznego dla danej cieczy tzw. współczynnika podziału C i =k i * P gdzie: C i -stężenie rozpuszczonego gazu w i-tej cieczy k i -współczynnik podziału (wsp. rozpuszczalności gazu w danej cieczy) P-ciśnienie gazu

34 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH Zmiany w czasie rozpuszczalności gazów w cieczach - nasycanie i odsycanie tkanek w trakcie nurkowania

35 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PODSTAWY HYDRODYNAMIKI PRAWO BERNOULLIEGO Związek między prędkością przepływu gazu (cieczy) z jego ciśnieniem statycznym (tzn. mierzonym prostopadle do strugi) jest następujący: ρgh + 0,5 ρV 2 + p = const gdzie: ρ - gęstość płynu (gazu) g – przyspieszenie ziemskie h – wysokość. przykłady: wiatrowe wzbudzanie falowania wody, przyciąganie się mijających się statków. Automat oddechowy – wspomaganie.

36 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PODSTAWY HYDRODYNAMIKI PRAWO BERNOULLIEGO- przykłady (c.d)

37 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PODSTAWY HYDRODYNAMIKI EFEKT VENTURIEGO różnica ciśnień wskazywanych przez barometr jest proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu płynu v przed dyszą i wynosi: (ρV 2 /2)[(1- (S/s) 2 ] = p – P < 0 tzn. S/s > 1 => p - P < 0 Przyrząd wynalazł włoski fizyk G.B. Venturi ( ).

38 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA PODSTAWY HYDRODYNAMIKI SIŁA OPORU W WODZIE : P x = (ρV 2 /2)SC x ; C x =C x (V) const. Obiekt całkowicie zanurzony: P x ~ V, V2; Obiekt częściowo zanurzony: P x ~ V, V2, V3 nurek C x > 0,5, ryba C x < 0,1, samochód C x = 0,3-0,4 Przepływy: · laminarne · turbulentne · nieoderwane · oderwane.

39 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Podstawy optyki podwodnej PRAWO SNELLIUSA - załamanie światła pomiędzy ośrodkami prawo optyki geometrycznej opisujące zjawisko załamania światła. Wyraża się wzorem: n = sin(α) / sin(β) = v/u gdzie:przykład:przykład: n - współczynnik załamania α - kąt padania światła β - kąt załamania światła v i u - prędkości światła odpowiednio w I i II ośrodku.

40 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Podstawy optyki podwodnej WIDZENIE W WODZIE

41 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Podstawy optyki podwodnej PENETRACJA ŚWIATŁA W GŁĄB WODY

42 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA Podstawy akustyki podwodnej 330 m/s ? Kierunek ? m/s

43 dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA M2 F DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ


Pobierz ppt "Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2."

Podobne prezentacje


Reklamy Google