1 / 43

Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń

Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń. dr inż. Jan Parczewski INSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2 F0 000009. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA CIŚNIENIE. J ednostki fizyczne nazwa oznaczenie jednostki

bill
Download Presentation

Jednostki fizyczne Cechy fizyczne wody i powietrza Prawa fizyczne Przykłady obliczeń

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Jednostki fizyczneCechy fizyczne wody i powietrzaPrawa fizycznePrzykłady obliczeń dr inż. Jan ParczewskiINSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA KDP/CMAS POL M2 F0 000009 PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIA

  2. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE Jednostki fizyczne nazwa oznaczenie jednostki masa m g, kg siła, ciężar F, Q G, kG, N długość l, L cm, m, km powierzchnia S cm2, m2 objętość V l, m3 ciśnienie p, P Pa, hPa, MPa, bar, at, atm, (ata), psi temperatura t, T ˚C, ˚K, (˚F, ˚R) prędkość v m/s przyspieszenie a, g(ziemskie) m/s2 czas t s, min, h (=godz.)

  3. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE zamiana jednostek ciśnienia zestawienie dla praktyki nurkowej

  4. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE zamiana jednostek ciśnienia - przykłady 1at = 1kG/cm2 ≈ 10N/(0,01m)2 = 10/0,0001 N/m2 = = 10 * 10000 Pa = 105Pa = 1bar ≈10mH2O 1atm = 760mmHg = 76cm * 13,6 G/cm3 = = 1033G/cm2 = 1,03kG/cm ≈ 1at 1bar ≈ 1at ≈ 1atm 1MPa = 10barów ≈ 10at ≈ 10atm UWAGA:1kG = 9,81N ≈ 10N

  5. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAWODA 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 NURKOWANIAWODA 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 NURKOWANIAWODA niezwykła zależność gęstości od temperatury

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

  9. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPOWIETRZE ciśnienie i gęstość gęstość przy 0˚C, 1atm = 1,23kg/m3 1km ≈ -0,1at wysokość ciśnienie [km][bar] 0 1,01 1 0,90 2 0,80 3 0,70 4 0,62 5 0,54 6 0,47 7 0,41 8 0,36 Mount Everest

  10. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE Ciśnienie całkowite – PRAWO TORICELLI’EGO Ciśnienie całkowite na danej głębokości w wodzie jest sumą ciśnień powietrza na powierzchni oraz ciśnienia (nadciśnienia) słupa wody. Pcałk.= Patm + Pwody ≈ 1 + h/10 [at], [ata], [bar] Gdzie h[m] – głębokość w wodzie

  11. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE Prawo Torricelli’ego P Atmosferyczne P Atmosferyczne + P Hydrostatyczne = P Całkowite P Hydrostatyczne

  12. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPŁYWALNOŚĆ 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 NURKOWANIAPŁYWALNOŚĆ CIAŁ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 kG 9 kG Prawo Archimedesa Objętość [V] = 1 litr

  14. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPływalność ciał Kontrola pływalności Dodatnia Obojętna Ujemna Dodatnia Obojętna Ujemna

  15. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPŁYWALNOŚĆ 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/m3 tak więc, dla h = 40 m, t = 10 min spadek ciężaru nurka = 1,15 kG

  16. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE Prawo Pascala ciśnienie w danym punkcie zbiornika, wypełnionego cieczą lub gazem, jest identycznewe wszystkich kierunkach, lub inaczej – zanurzone na określoną, stałą głębokość ciało podlega równomiernemu ciśnieniu zewszystkichstron.

  17. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIACIŚNIENIE 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. Zatoki Drogi oddechowe Tchawica Oskrzela Płuca Żołądek Jelita R1 = R2 = R3

  18. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPrawa gazowe prawa gazowe gaz doskonały  T=const p. Boyle’a – Mariotte’a (izoterm.) zmiana P, V równanie Clapeyrona P=const p. Charlesa (izobar.) zmiana V, T p*V =const T V=const p. Gay-Lusaca (izochor.) zmiana P, T (równanie stanu gazu doskonałego) H=const p. Poissona (adiabat.) zmiana P, V, T

  19. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPrawa gazowe Równanie Clapeyrona P*V/T = const (= n*R) => P1*V1/T1 = P2*V2/T2 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 m3 lub litrach T – temperatura absolutna, mierzona zwykle w stopniach Kelvina [º K] = 273 + t [º C] Dodatkowo: n – miara ilości gazu [w gramocząstkach] oraz R – uniwersalna stała gazowa)

  20. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPrawa gazowe prawo Boyle’a-Mariotte’a dla T=const, P*V = const => P1*V1= P2*V2, przemiana izotermiczna Zastosowanie: zmiana obj. gazów i zużycie powietrza pod wodą, zapas gazu.

  21. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAJEDNOSTKI FIZYCZNE POWIETRZE 1 POWIETRZE 1/2 POWIETRZE 1/3 POWIETRZE 1/4 POWIETRZE 1/5 Prawo Boyle’a – Mariotte’a 1 0 m 1 at 1/2 10 m 2 at 1/3 20 m 3 at 1/4 30 m 4 at 1/5 40 m 5 at 1 at 0 m 2 at 10 m 3 at 20 m 4 at 30 m 5 at 40 m Dla ustalonej masy gazu, przy stałej temperaturze, ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości

  22. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPRAWA GAZOWE prawo Boyle’a-Mariotte’a przykład – nurkowanie na bezdechu na 20m P1=1at P2=1+h/10=3at V1=6l V2=P1V1/P2=1*6/3=2l Pływalność spada o 4 kG.

  23. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPRAWA GAZOWE prawo Charlesa dla V=const, P/T= const => P1/T1= P2/T2, przemiana izochoryczna Zastosowanie: nagrzewanie i schładzanie butli.

  24. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPRAWA 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 standardowejzasady 20 l./min. / 4º C może być przeszacowane – powietrze w płucach przy każdym wdechu ogrzewa się od tkanki, zwiększając objętość.

  25. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPRAWA GAZOWE prawo Poissona P*Vk = constT  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 NURKOWANIAPRAWA GAZOWE Zagadka: pojemnik dwukomorowy po wyrównaniu się ciśnienia, a) T -> T1, b) T=T1, c) T<T1?

  27. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAGAZY 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) (H1=H2 => przemiana adiabatyczna)

  28. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAEFEKT JOULE’A-THOMSONA (C.D.) Uwaga: jeśli T1 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, N2 = 621º K, O2 = 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 NURKOWANIAPRAWA GAZOWE PRAWO DALTONA - ciśnienie mieszaniny gazów Ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej jest równe sumie ciśnień parcjalnych wszystkich składników P = P1 + P2 + P3 +... Pn Ciśnienie parcjalne danego składnika gazu Pi (i=1,2..., n), przedstawić można jako iloczyn ciśnienia całkowitego P mieszaniny oraz udziału (frakcji) Fi tego składnika w mieszaninie Pi = Fi * P

  30. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPRAWA 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 dlaNitroksu · głębokość równoważnaco do nasycenia azotem dla Nitroksu (w stosunku do powietrza)

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

  32. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH PRAWO HENRY’EGO – rozpuszczanie się gazu w danej cieczy Rozpuszczalność gazu wcieczy 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 NURKOWANIAROZPUSZCZALNOŚĆ 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 Ci=ki * P      gdzie: Ci-stężenie rozpuszczonego gazu w i-tej cieczy ki- współczynnik podziału(wsp. rozpuszczalności gazu w danej cieczy) P-ciśnienie gazu

  34. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH Zmiany w czasie rozpuszczalności gazów w cieczach - nasycanie i odsycanie tkanek w trakcie nurkowania 

  35. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPODSTAWY HYDRODYNAMIKI PRAWO BERNOULLIEGO Związek między prędkością przepływu gazu (cieczy) z jego ciśnieniem statycznym (tzn. mierzonym prostopadle do strugi) jest następujący: ρgh + 0,5 ρV2 + 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 NURKOWANIAPODSTAWY HYDRODYNAMIKI PRAWO BERNOULLIEGO-przykłady (c.d)

  37. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPODSTAWY HYDRODYNAMIKI EFEKT VENTURIEGO różnica ciśnień wskazywanych przez barometr jest proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu płynu v przed dyszą i wynosi: (ρV2/2)[(1- (S/s)2] = p – P < 0 tzn. S/s > 1 => p - P < 0 Przyrząd wynalazł włoski fizyk G.B. Venturi (1746-1822).

  38. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPODSTAWY HYDRODYNAMIKI SIŁA OPORU W WODZIE: Px = (ρV2/2)SCx; Cx=Cx(V) ≈const . Obiekt całkowicie zanurzony: Px ~ V, V2; Obiekt częściowo zanurzony: Px ~ V, V2, V3 nurek Cx > 0,5, ryba Cx < 0,1, samochód Cx = 0,3-0,4 Przepływy: ·        laminarne ·        turbulentne ·        nieoderwane ·        oderwane.

  39. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPodstawy 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: 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 NURKOWANIAPodstawy optyki podwodnej WIDZENIE W WODZIE

  41. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPodstawy optyki podwodnej PENETRACJA ŚWIATŁA W GŁĄB WODY

  42. PODSTAWY FIZYKI NURKOWANIAPodstawy akustyki podwodnej ? ? Kierunek Kierunek 330 m/s 1.500 m/s

  43. dr inż. Jan ParczewskiINSTRUKTOR PŁETWONURKOWANIA M2 F000009 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

More Related