Ciśnienie hydrostatyczne, absolutne i względne
Fizyka nurkowania · Temat 4 z 15
Ciśnienie hydrostatyczne, absolutne i względne
Ciśnienie to siła działająca na jednostkę powierzchni: p = F / A. Ciśnienie hydrostatyczne zależy od wysokości słupa cieczy: ph = ρ · g · h. Ciśnienie absolutne na głębokości jest sumą ciśnienia przy powierzchni i hydrostatycznego. Nie zależy od szerokości jeziora ani od ilości wody po bokach nurka.
Ciśnienie względne jest liczone względem przyjętego odniesienia, zwykle atmosfery. Prawa gazowe wymagają ciśnienia absolutnego. Manometr butli podaje zwykle ciśnienie względne; przy setkach bar różnica około jednego bara jest mała, lecz w zadaniu o gazie przy powierzchni byłaby zasadnicza.
Jeśli tabela nie mieści się na ekranie, przesuń ją w bok.
| Głębokość | Ciśnienie wody | Ciśnienie absolutne |
|---|---|---|
| 0 m | 0 bar | 1 bar |
| 10 m | 1 bar | 2 bar |
| 20 m | 2 bar | 3 bar |
| 30 m | 3 bar | 4 bar |
W dokładniejszym rachunku użyj gęstości konkretnej wody i lokalnego ciśnienia atmosferycznego. W wodzie słodkiej przyrost o 1 bar przypada na około 10,2 m, a w typowej morskiej na około 9,9 m.
Liczy się wysokość słupa wody
Przyrost ciśnienia hydrostatycznego zależy od gęstości wody, przyspieszenia grawitacyjnego i głębokości. Nie zależy bezpośrednio od szerokości zbiornika. Na tej samej głębokości w wodzie o tej samej gęstości ciśnienie hydrostatyczne będzie takie samo w wąskim szybie i w szerokim jeziorze. Kształt ścian nie zmienia ciężaru słupa wody przypadającego na jednostkę powierzchni w tym sensie fizycznym.
Do ciśnienia wody dodaje się ciśnienie nad powierzchnią. W przybliżeniu morskim na głębokości 10 m otrzymujemy 1 bar od atmosfery i 1 bar od wody, czyli około 2 barów absolutnych. Dla prawa Boyle’a i obliczeń ciśnień parcjalnych właśnie ta suma jest punktem wyjścia.
Taka sama różnica metrów, inna zmiana względna
Przejście z 30 do 20 m oznacza w tym przybliżeniu zmianę z 4 do 3 barów absolutnych, czyli spadek o jedną czwartą. Przejście z 10 m na powierzchnię to zmiana z 2 do 1 bara, czyli spadek o połowę. Różnica głębokości wynosi za każdym razem 10 m, ale skutek dla objętości zamkniętego gazu jest inny.
Na wysokości nad poziomem morza ciśnienie atmosferyczne jest niższe, dlatego proste założenie 1 bara na powierzchni przestaje dokładnie opisywać sytuację. Ma to znaczenie nie tylko dla rachunku, lecz także dla planowania dekompresyjnego i ustawień urządzeń. Nurkowanie wysokościowe wymaga uwzględnienia odpowiednich zasad, a nie mechanicznego użycia tabeli głębokości przygotowanej dla poziomu morza.