Πώς εφαρμόζεται ο νόμος του Μπόιλ στις καταδύσεις;

2024 Συγγραφέας: Cyrus Reynolds | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-07 15:41

Μία από τις φανταστικές συνέπειες της εγγραφής σε ένα μάθημα καταδύσεων αναψυχής είναι να μπορείς να μάθεις κάποιες βασικές έννοιες της φυσικής και να τις εφαρμόσεις στο υποβρύχιο περιβάλλον. Ο νόμος του Μπόιλ είναι μία από αυτές τις έννοιες.

Ο Νόμος του Μπόιλ εξηγεί πώς ο όγκος ενός αερίου ποικίλλει ανάλογα με την πίεση του περιβάλλοντος. Πολλές πτυχές της φυσικής των καταδύσεων και της θεωρίας των καταδύσεων γίνονται σαφείς μόλις κατανοήσετε αυτόν τον απλό νόμο των αερίων.

Ο νόμος του Boyle είναι:

PV=c

Σε αυτήν την εξίσωση, το "P" αντιπροσωπεύει την πίεση, το "V" σημαίνει τον όγκο και το "c" αντιπροσωπεύει έναν σταθερό (σταθερό) αριθμό.

Αν δεν είστε μαθηματικός, αυτό μπορεί να ακούγεται μπερδεμένο. Αλλά, μην απελπίζεστε. Αυτή η εξίσωση δηλώνει ότι για ένα δεδομένο αέριο - όπως ο αέρας στη συσκευή αντιστάθμισης πλευστότητας ενός αυτοδύτη - εάν πολλαπλασιάσετε την πίεση που περιβάλλει το αέριο με τον όγκο του αερίου, θα καταλήγετε πάντα στον ίδιο αριθμό.

Επειδή η απάντηση στην εξίσωση δεν μπορεί να αλλάξει (γι' αυτό ονομάζεται σταθερά), γνωρίζουμε ότι αν αυξήσουμε την πίεση που περιβάλλει ένα αέριο (P), ο όγκος του αερίου (V) πρέπει να μειωθεί. Αντίστροφα, αν μειώσουμε την πίεση που περιβάλλει το αέριο, ο όγκος του αερίου θα γίνει μεγαλύτερος. Αυτό είναι! Αυτός είναι ολόκληρος ο νόμος του Μπόιλ.

Σχεδόν. ομόνο μια άλλη πτυχή του νόμου του Boyle που πρέπει να γνωρίζετε είναι ότι ο νόμος ισχύει μόνο σε σταθερή θερμοκρασία. Εάν αυξήσετε ή μειώσετε τη θερμοκρασία ενός αερίου, η εξίσωση δεν λειτουργεί πια.

Εφαρμογή του νόμου του Boyle

Ο νόμος του Μπόιλ περιγράφει το ρόλο της πίεσης του νερού στο περιβάλλον κατάδυσης. Εφαρμόζεται και επηρεάζει πολλές πτυχές της αυτόνομης κατάδυσης. Εξετάστε τα ακόλουθα παραδείγματα:

• Κάθοδος- Καθώς ένας δύτης κατεβαίνει, η πίεση του νερού γύρω του αυξάνεται, με αποτέλεσμα ο αέρας στον εξοπλισμό κατάδυσης και στο σώμα του να καταλαμβάνει μικρότερο όγκο (συμπίεση).
• Ανάβαση- Καθώς ένας δύτης ανεβαίνει, η πίεση του νερού μειώνεται, έτσι ο νόμος του Boyle δηλώνει ότι ο αέρας στον εξοπλισμό και το σώμα του διαστέλλεται για να καταλάβει μεγαλύτερο όγκο.

Πολλοί από τους κανόνες και τα πρωτόκολλα ασφαλείας στις καταδύσεις δημιουργήθηκαν για να βοηθήσουν έναν δύτη να αντισταθμίσει τη συμπίεση και τη διαστολή του αέρα λόγω αλλαγών στην πίεση του νερού. Για παράδειγμα, η συμπίεση και η διαστολή του αερίου οδηγεί στην ανάγκη να εξισορροπήσετε τα αυτιά σας, να ρυθμίσετε το BCD σας και να κάνετε στάσεις ασφαλείας.

Παραδείγματα του νόμου του Μπόιλ στο περιβάλλον κατάδυσης

Όσοι έχουν κάνει καταδύσεις έχουν βιώσει το νόμο του Μπόιλ από πρώτο χέρι. Για παράδειγμα:

• Ανάβαση- Καθώς ένας δύτης ανεβαίνει, η πίεση του νερού γύρω του μειώνεται και ο αέρας στο BCD του διαστέλλεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να απελευθερώσει την περίσσεια αέρα από το BCD του καθώς ανεβαίνει - διαφορετικά, ο διαστελλόμενος αέρας θα τον κάνει να χάσει τον έλεγχο της άνωσής του.
• Κάθοδος - Καθώς ένας δύτης κατεβαίνει, η πίεση του νερού γύρω του αυξάνεται, συμπιέζοντας τον αέρα μέσατα αυτιά του. Πρέπει να εξισώσει την πίεση στα αυτιά του για να αποφύγει τον πόνο και έναν πιθανό τραυματισμό του αυτιού που ονομάζεται βαρότραυμα στο αυτί.

Κανόνες ασφάλειας κατάδυσης που προέρχονται από το νόμο του Boyle

Ο νόμος του Boyle εξηγεί μερικούς από τους πιο σημαντικούς κανόνες ασφαλείας στις καταδύσεις.

Ακολουθούν δύο παραδείγματα:

1. Μην κρατάτε την αναπνοή σας κάτω από το νερό - Σύμφωνα με οργανισμούς εκπαίδευσης κατάδυσης, ένας δύτης δεν πρέπει ποτέ να κρατά την αναπνοή του κάτω από το νερό γιατί αν ανέβει (έστω και λίγα πόδια) σε μια περιοχή με μικρότερη πίεση νερού, ο αέρας που έχει παγιδευτεί στους πνεύμονές του θα επεκταθεί σύμφωνα με το νόμο του Boyle. Ο διαστελλόμενος αέρας μπορεί να τεντώσει τους πνεύμονες του δύτη και να οδηγήσει σε πνευμονικό βαροτραύμα. Φυσικά, αυτό συμβαίνει μόνο εάν ανεβαίνετε κρατώντας την αναπνοή σας και πολλοί τεχνικοί οργανισμοί καταδύσεων τροποποιούν αυτόν τον κανόνα σε "Μην κρατάτε την αναπνοή σας και ανεβείτε."
2. Ανάβαση αργά - Το σώμα ενός δύτη απορροφά συμπιεσμένο αέριο άζωτο ενώ καταδύεται. Καθώς ανεβαίνει σε ένα βάθος με λιγότερη πίεση νερού, αυτό το αέριο άζωτο διαστέλλεται σύμφωνα με το νόμο του Boyle. Εάν ένας δύτης δεν ανέβει αρκετά αργά ώστε το σώμα του να αποβάλει αυτό το διαστελλόμενο αέριο αζώτου, μπορεί να σχηματίσει μικροσκοπικές φυσαλίδες στο αίμα και τους ιστούς του και να προκαλέσει ασθένεια αποσυμπίεσης.

Γιατί είναι απαραίτητη μια σταθερή θερμοκρασία για τη χρήση του Boyle

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο νόμος του Boyle ισχύει μόνο για αέρια σε σταθερή θερμοκρασία. Η θέρμανση ενός αερίου προκαλεί τη διαστολή του και η ψύξη ενός αερίου προκαλεί τη συμπίεσή του.

Ένας δύτης μπορεί να δει αυτό το φαινόμενο όταν βυθίσει μια ζεστή δεξαμενή κατάδυσης σε πιο κρύο νερό. Το μανόμετροΗ ένδειξη μιας ζεστής δεξαμενής θα πέσει όταν η δεξαμενή βυθιστεί σε δροσερό νερό καθώς συμπιέζεται το αέριο μέσα στη δεξαμενή.

Τα αέρια που υφίστανται μια αλλαγή θερμοκρασίας, καθώς και μια αλλαγή βάθους, θα πρέπει να έχουν την αλλαγή στον όγκο του αερίου λόγω της αλλαγής θερμοκρασίας και ο απλός νόμος του Boyle πρέπει να τροποποιηθεί για να ληφθεί υπόψη η θερμοκρασία.

Ο νόμος του Boyle δίνει τη δυνατότητα στους δύτες να προβλέψουν πώς θα συμπεριφέρεται ο αέρας κατά τη διάρκεια μιας κατάδυσης. Αυτός ο νόμος βοηθά τους δύτες να κατανοήσουν τους λόγους πίσω από πολλές από τις οδηγίες ασφαλείας για τις καταδύσεις.