Onze passie. Onze passie. NELOS Theorie Fysica. TORPEDO, januari Subcommissie Edit Departement didactiek

NELOS Theorie Fysica

Subcommissie Edit Departement didactiek

Sportduiken

Onze passie

Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie

CMASEurope

NEDERLANDSTALIGE LIGAVOOR ONDERWATERONDERZOEK EN -SPORTVZW

Studio opnames Coolshots.be Foto’s

Sportduiken

Hoofdredactie Michel Boucneau Werkgroep Fysica Patrick Van Buyten Dirk De Bilde, Walter Mellaerts Tekeningen Peter Bosteels Herwig Van Cotthem

Onze passie


TORPEDO, januari 2010

1



Fysica: Fysica: Verwachtingen Verwachtingen 2-sterduiker 2-sterduiker

WETEN

KENNEN

Het begrip druk : eenheid (bar) en soorten (hydrostatische/atmosferische/absolute/relatieve) Weten dat er uitfiltering van kleuren is in water en dat alle objecten groter en dichterbij lijken dan zij zijn Weten dat men onderwater de richting van waaruit een geluid komt niet kan bepalen De samenstelling van lucht kennen (20-80)



2



WETEN

KENNEN

Elementaire kennis van de Wet van Boyle - Mariotte en de toepassingen ervan in de duiksport Elementaire kennis van de Wet van Archimedes en zijn praktische toepassing ervan in de duiksport De invloed van de druk op het oplossen van gassen in vloeistoffen Het gemiddelde luchtverbruik kunnen berekenen



WETEN

KENNEN

Weten dat er uitfiltering van kleuren is in water en dat alle objecten groter en dichterbij lijken dan zij zijn De samenstelling en het gewicht van lucht kennen (20-80) De Wet van Boyle - Mariotte kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren De Wet van Archimedes kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren De Wet van Henry kennen en de verbanden tussen deze wet en het decompressieongeval inzien



3



KENNEN

TOEPASSEN

De Wet van Dalton kennen en begrijpen (kennis bezitten van het begrip partiële druk) Het gedrag van geluidsgolven onder water kennen alsook de gevaren ervan tijdens het duiken inzien Eenvoudige berekeningen kunnen maken met het begrip druk


Fysica

Hoofdstuk 1

Druk



4


Druk Druk –– korte korte test test

• Wat was het weer allemaal: kracht, massa, gewicht, druk, ...? • Wat is de officiële eenheid van druk? • In welke eenheid drukken wij druk uit? Waarom? • Met welke soorten druk worden we in de duiksport geconfronteerd? • Wat is de druk op 35 m diepte op zee ? En in een bergmeer op 3.000 m op dezelfde diepte? Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie

Druk Druk –– Definitie Definitie

• Druk = een kracht uitgeoefend op een oppervlakte – Gewicht (massa onder aantrekkingskracht aarde) is ook een kracht (F=m*g) – De eenheid van druk is Pa (Pascal). – Als afgeleide eenheid gebruiken wij bar 1 bar = 1.000 mbar = 100.000 Pa Opm: g = valversnelling op aarde = 9.812m/s2 in de Benelux, 9.78m/s2 aan de evenaar, 9.832m/s2 aan de polen. Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


5


Druk: Druk: eenheden eenheden

• Veel gebruikte eenheden van druk zijn: Pascal

bar

mm kwik

m waterkolom

kgf/cm2

1 Pa

1

0,00001

0,0075

0,000102

0,0000102

1 bar

100.000

1

750

10,2

1,02

133

0,00133

1

0,0136

0,00136

9.810

0,0981

73,6

1

0,1

98.100

0,981

736

10

1

1 mm kwik 1 m waterkolom 1 kgf/cm2


Soorten Soorten druk druk

• Als duiker worden we geconfronteerd met volgende soorten druk: – Luchtdruk = Atmosferische druk – Waterdruk = Hydrostatische druk (+ stroming)

• Beide samen geeft ons de absolute druk



6


Atmosferische Atmosferische druk druk

• Aardatmosfeer – 80 km luchtlagen, onder invloed van de zwaartekracht – Luchtlagen “steunen” op elkaar en de aarde => luchtdruk



Proef van Torricelli Luchtdruk = druk van gewicht kwikkolom (760 mm) = 1,013 bar = 1 atm (proef op zeeniveau bij 15°C)



7



• Uit de meteorologie : 1.013 hPa (hectoPascal) = 101.300 Pa 1.013 mbar (millibar) = 1,013 bar • Wij nemen aan dat de luchtdruk op zeeniveau gelijk is aan 1 bar • Atmosferische druk = Luchtdruk = 1 bar



Tot 5.000 m hoogte neemt de luchtdruk ongeveer lineair af met 0,1 bar per 1.000 m (nadien trager) Toepassingen: bergmeerduiken, niet vliegen/bergpassen na duiken !



8


Hydrostatische Hydrostatische druk druk

• Water – 71% van het aardoppervlak is bedekt met water, van één meter tot enkele kilometer diep – Waterlagen “steunen” op elkaar en de aarde => waterdruk => hydrostatische druk www. nasaimages.org



• Proef: gassen zijn samendrukbaar, vloeistoffen niet ! • Toepassing – Hydraulische (her)keuring van duikfles Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


9



• Proef: druk plant zich in een vloeistof voort in alle richtingen, en met dezelfde grootte



• Druk neemt toe onder water a rato van ongeveer 1 bar per 10 meter dieper



10



• Waterdruk = hydrostatische druk = relatieve druk • Vuistregel: relatieve druk = diepte (m) / 10


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen

Wx jxà ätÇ ctávtÄ



11


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen :: de de wet wet van van Pascal Pascal

De Wet van Pascal Een druk, uitgeoefend op een deel van een vloeistof, plant zich in alle richtingen voort met dezelfde grootte. • Toepassingen: – Druk in een onderwatergrot – Onmogelijkheid te ademen door een buis op 1m diepte

(verschil uitwendige druk op de borstkas/longen versus luchtdruk in de buis of snorkel)

– Drukvariatie is -relatief- groter bij kleinere diepten (gevaar voor longoverdruk bij niet-uitademen !)


Absolute Absolute druk druk

• Absolute druk = atmosferische druk + relatieve druk • pabs = patm + phydr Luchtdruk

0

1

Totale druk (m)

2

3

4

5

6

10

1

20

2 Waterdruk 3

30

Waterdruk (bar)

Diepte (m)

0

Water 40

4

50

5



12


Diepte Diepte[m] [m] Druk ++ 11 Drukop opdiepte diepte[bar] [bar] == 10 10

Op zeeniveau = 1 bar 1 bar

Diepte Diepte[m] [m]=(=(Druk Drukop opdiepte diepte[bar] [bar]––11) ) * * 10 10

10 m

2 bar

20 m

3 bar

3 bar

30 m

4 bar

4 bar

40 m

5 bar

1 bar 2 bar

Waterdruk (Hydrostatische druk) 10 meter = 1bar

Absolute druk = Atmosferische druk + Hydrostatische druk

Luchtdruk (Atmosferische druk)

Absolute Absolute druk druk


Druk: Druk: rekenoefeningen rekenoefeningen

• Wat is de hydrostatische druk op 33 m diepte? Wat is de absolute druk? • Wat is de atmosferische druk op 3.500 m hoogte? • De barometer geeft 1.140 hPa aan. We gaan naar 27 m diepte. Wat is de absolute druk daar?



13


Druk: Druk: samenvatting samenvatting

Definitie Eenheden • Pascal • Bar

Atmosferische druk • 1 bar • Proef van Torricelli • In functie van de hoogte

Hydrostatische druk • 1 bar per 10 m water • Wet van Pascal

Absolute druk • Som van de atmosferische druk en de hydrostatische druk


Fysica

Hoofdstuk 2

Gassen en vloeistoffen



14


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen

Wx jxà ätÇ WtÄàÉÇ


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen: gassen: de de wet wet van van Dalton Dalton

• Lucht is een mengsel van gassen: 80% stikstof (N2) en 20% zuurstof (O2) (eigenlijk 78.1% N2 + 1% Ar + 20.9% O2, cfr BND-cursus)

• De totale luchtdruk is gelijk aan de som van de afzonderlijke gas-drukken



15


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de wet wet van van Dalton Dalton

De Wet van Dalton Als twee of meer gassen, die met elkaar geen scheikundige reactie aangaan, zich in eenzelfde ruimte bevinden, dan is bij constante temperatuur de druk van het mengsel gelijk aan de som van de drukken die elk gas afzonderlijk zou hebben als het alleen in die ruimte was. • De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we de partiële druk (pp) • Toepassingen: decompressiemodellen, mengselduik, vergiftiging Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie

Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de wet wet van van Dalton Dalton

Partiële Partiëledruk druk[bar] [bar] ==Totale Totaledruk druk[bar] [bar] ** fractie fractiegas gas[%] [%]

Partiële druk [bar]

Geheugensteuntje: “T van Dalton”: Totale druk [bar]

Fractie gas [%]



16


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: rekenoefening rekenoefening

• •

•

Wat is de partiële druk van zuurstof op 37 m met standaard perslucht? Met nitrox 32? Wat is de maximaal toegelaten duikdiepte met lucht als je rekening houdt met de maximaal toegelaten partiële druk van zuurstof = 1,4 bar ? Zelfde begrenzing: wat is het optimale nitroxmengsel om te duiken op een diepte van 37 m? Bepaal de partiële druk van helium op 80 m van volgend mengsel : O2(15%) - N2 (44%) - He (41%). Wat bedraagt de ppN2? Wat is de equivalente stikstofdiepte (lucht)?



Wx jxà ätÇ UÉçÄx @ `tÜ|Éààx



17


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen: gassen: de de Wet Wet van van Boyle-Mariotte Boyle-Mariotte

Een luchtvolume dat ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk.


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de Wet Wet van van Boyle-Mariotte Boyle-Mariotte

De wet van Boyle-Mariotte Bij constante temperatuur is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met de druk Druk [bar] x Volume [liter] = Constante [barliter, joule] p x V = Cte • Toepassingen: longoverdruk, luchtverbruik, luchtcompressor



18


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de Wet Wet van van Boyle-Mariotte Boyle-Mariotte Diepte

Druk

Volume

p x V = Cte

0m

1 bar

10 m

2 bar

20 m

3 bar

1/3 = 3,3l

30 m

4 bar

1/4 = 2,5l

4 x 2,5 = 10

40 m

5 bar

1/5 = 2l

5 x 2 = 10

50 m

6 bar

Lucht 10 l 1 x 10 = 10

1/2 =5l 2 x 5 = 10

3 x 3,3 = 10

6 x 1,66 = 10



•

Een ballon heeft een volume van 2 liter en een inwendige druk van 1,5 bar. Wat is zijn volume op 30 m diepte?

•

Op de duikplaats toegekomen blijkt mijn 12 l duikfles maar 60 bar te bevatten. Gelukkig heeft mijn buddy een dubbel 10 l set (bi) op 200 bar en een overtapdarm. Met welke vertrekdruk kunnen we gaan duiken?

•

Mijn trimvest heeft een max. volume van 25 l. Op 35 m is ze met 14 l gevuld. Op welke diepte zal het overdrukventiel openen als ik stijg zonder lucht te laten ontsnappen?



19



Opmerking:

• •

Een gevulde fles weegt meer dan een lege ! => gassen hebben een bepaalde dichtheid Bij atmosferische druk en 0°C bedraagt de massa van 1 m³ lucht 1,29 kg

Dichtheid Dichtheid(ρ) (ρ)van vanlucht lucht == 1,29 1,29kg/m3 kg/m3 ==

1,29 1,29g/l g/l



•

De tarra van je duikfles (staal, 10 l, 300 bar) is 15,2 kg. Wat weegt ze bij met de reserve van 50 bar erin ? En gevuld tot 300 bar ? Wat betekent dit voor je uitloding ?



20



Toepassing: longoverdruk • Als de lucht niet uit onze long kan ontsnappen (spasme/gesperde luchtweg/…) zullen onze longen eerst uitzetten tot een maximum. Verder uitzetten leidt tot longoverdruk! • De drukveranderingen zijn (relatief) het grootst bij kleinere dieptes => de volumeveranderingen zijn daar ook het grootst. • Dit kan reeds optreden vanaf 1,5 m diepte (zwembad)! Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


Wx jxà ätÇ Ztç @ _âáátv



21


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de Wet Wet van van Gay-Lussac Gay-Lussac

De wet van Gay-Lussac Bij constant volume is de druk van een hoeveelheid gas recht evenredig met zijn temperatuur in Kelvin Druk [bar] / Temperatuur [Kelvin] = Constante

p / T = Cte (T = temperatuur in Kelvin = Temperatuur in °C + 273)

• Toepassingen: drukstijging in fles in een warme auto in de zomer, drukdaling in fles indien afkoeling in water Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


•

Op een zonnige dag (25 °C) wijst mijn manometer 215 bar aan. Tijdens het te water gaan ben ik verbaasd te zien dat de druk nog maar 200 bar bedraagt. Hoe warm is het water?



22



Toepassing: luchtverbruik • Beschikbare lucht: afhankelijk van inhoud en druk duikfles • Persoonlijk verbruik: afhankelijk van ervaring, geslacht, conditie, stress, configuratie, en watertemperatuur ! • Verbruik op diepte: evenredig met de diepte (Wet van Boyle-Mariotte) • Nodige lucht: afhankelijk van persoonlijk verbruik, tijd en diepte, inspanning en veiligheidsmarge Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


Toepassing: luchtverbruik • Indien je je persoonlijk verbruik niet kent neem dan als richtwaarde 20 l/min voor een standaard, niet inspannende duik • We rekenen steeds met een reserve van 50 bar. Dit is niet de gekende duikreserve! Onze berekening heeft tot doel om met 50 bar de oppervlakte te bereiken. • Tijdens de afdaling en de bodemtijd rekenen we met de druk op de maximale diepte • Tijdens het stijgen (10 m/min) rekenen we met de druk op de maximale diepte • Voor elke decompressietrap rekenen we met de traptijd en de druk op de trapdiepte



23


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: GOV GOV

Persoonlijk luchtverbruik • Elke persoon heeft zijn persoonlijk luchtverbruik, dat we ook het Gemiddelde OppervlakteVerbruik (GOV) noemen (SAC = Surface Air Consumption) • GOV = Luchtverbruik [liter] per minuut aan de oppervlakte • Het GOV kan variëren van 10 l/min tot méér dan 30 l/min • Bepaling: via duikcomputer of via specifieke duik • Luchtverbruik op diepte = GOV x absolute druk (bar.liter)



Toepassing: • Je duikt met een dubbelset 2x10 l op 200 bar en zou graag de hier voorgestelde duik uitvoeren. Ga uit van een verbruik van 20 l/min. Is dit mogelijk? • Stel dat je persoonlijk luchtverbruik (GOV) 14 l/min bedraagt.



24







25


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen :: de de Wet Wet van van Boyle-Mariotte Boyle-Mariotte Toepassing: resultaat voor 20 l/min: • • •

Beschikbare lucht : 20 l x 200 bar: Rekenreserve : 50 bar x 20 l : Effectief beschikbare lucht:

4.000 barliter -1.000 barliter 3.000 barliter

• •

Dalen & bodem: pabs = 5,5 bar Verbruik : 5,5 bar x 20 l/min x 20 min:

-2.200 barliter

• • •

Stijgen: pabs = 5,5 bar Verbruik : 5,5 bar x 20 l/min x 4,5 min:

• •

Trap1: pabs = 1,6 bar Verbruik : 1,6 bar x 20 l/min x 2 min:

- 64 barliter

• •

Trap2: pabs = 1,3 bar Verbruik : 1,3 bar x 20 l/min x 7 min:

-182 barliter

•

Totaal verbruik:

• •

=> Deze duik kan nipt uitgevoerd worden restdruk in de fles : (4.000 – 2.941) barliter / 20 liter = 53 bar

- 495 barliter

-2.941 barliter



Toepassing: • •

Hoelang kan je met een GOV van 20 l/min nog trappen maken op 3 m als je nog 50 bar hebt in een 15 l fles? Kan ik met mijn 15 l fles gevuld op 180 bar onderstaande duik maken? (GOV=16). Kan ik een diepstop plannen (Pyle – 1 minuut) ? 5min 3m 2min 6m 20min

6min 32m



26



5min 3m 2min 6m 20min

6min 32m




6min 32m



27




6min 32m


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen: gassen: samenvatting samenvatting

Wet van Dalton • • • •

Definitie Toepassingen Begrip partiële druk T van Dalton

Wet van Boyle-Mariotte • • • •

Definitie Toepassingen Barliter Luchtverbruik: rekenregels en GOV

Wet van Gay Lussac • Definitie • Toepassingen • Kelvin

Opmerking: dit zijn ideale gaswetten, d.w.z. de wetten waar IDEALE GASSEN aan voldoen



28


Fysische Fysische wetten: wetten: ideale ideale versus versus echte echte gassen… gassen…

Ideale gaswet:

p * V = n*R*T

met p (atm), V (liter), T (Kelvin), n (gashoeveelheid in mol), R (ideale gasconstante 0.08206 atm/mol/K)

Geldt alleen voor ideale gassen, d.w.z. enkelvoudige gassen, zonder interactie (ook niet fysisch in de zin van aantrekking/afstoting) tussen de gasdeeltjes en zonder eigen volume van de gasdeeltjes. Echte gassen: wel fysische interactie en wel eigen volume… en de “Ideale Gaswet” is dus slechts bij benadering geldig en alleen maar ‘redelijk’ nauwkeurig bij ultralage drukken (veel kleiner dan 1 atm)…

Johannes van der Waals (1837-1923, kreeg in 1910 de Nobelprijs voor Natuurkunde)… Correcties voor eigen volume en aantrekkingskrachten tussen gasdeeltjes: Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie

Fysische Fysische wetten: wetten: echte echte gassen… gassen… van van der der Waals-wet Waals-wet



29


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen

Wx jxà ätÇ TÜv{|Åxwxá


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen :: de de Wet Wet van van Archimedes Archimedes

• Proef: een voorwerp dat wordt ondergedompeld in water wordt schijnbaar lichter • Dit verschil tussen het werkelijke gewicht en het schijnbaar gewicht noemen we de opwaartse stuwkracht



30



De wet van Archimedes Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. • Toepassingen: – Uittrimmen met jacket – Gebruik van de loodgordel, extra lood voor zoutwater – Noodstijging met het reddingsvest Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


Fysische verklaring We dompelen een flinterdunne gewichtloze met water gevulde kubus van 1m x 1m x 1m onder water… het water in de kubus is hetzelfde, het water errond blijft hetzelfde… de kubus blijft op zijn plaats…

¾ zwaartekracht/gewicht trekt de kubus naar onder… ¾ zijdelingse waterdruk heeft netto geen effect ¾ “iets” werkt “tegen” en houdt dat water/kubus op zijn plaats… ¾ waterdruk onderkant drukt meer omhoog dan dat de waterdruk bovenaan omlaag drukt… netto opwaarts en het verschil is het gewicht van het water in die kubus ! ¾ vervang het water in die kubus door iets anders… het effect van het water errond blijft hetzelfde, ttz opwaarts duwen a rato van het gewicht van het volume water… Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


31



Korte berekening: - Gewicht van 1000 liter water = 9.81 * 1000 N oftewel ongeveer 10.000 N - Opwaartse kracht = verschil in druk beneden/boven maal oppervlak (1m2) -> Delta_P (bar) * 1 (m2) - Beiden zijn aan mekaar gelijk, dus

Delta_P (bar) = 10000 N/m2 = 0.1 bar - Oftewel: in water stijgt de waterdruk met 0.1 bar per meter dieper, of met 1 bar per 10 meter dieper… Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


We kunnen volgende toestanden onderscheiden: 1. 2. 3. 4.

Zinken = zwaarder dan water Werkelijk gewicht > opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is positief) Stijgen = lichter dan water Werkelijk gewicht < opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is negatief) Zweven = even zwaar als water Werkelijk gewicht = opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is nul) Drijven Zweven aan de oppervlakte Gewicht ondergedompelde deel = opwaartse kracht



32


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen :: dichtheid dichtheid

•

“.. een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof ” => verschillende vloeistoffen hebben een verschillende massa en dus gewicht ! Dichtheid ρ = massa gedeeld door volume (kg/m3)

•

water: verschil naargelang zoutgehalte – dichtheid van zoet water = 1.000 kg/m³ – dichtheid van zout water = 1.025 kg/m³ => extra lood in zout water (= 2.75% van je totale gewicht in zoetwater, ongeveer 3 kg voor iemand van een 70kg plus duikspullen)


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen :: rekenoefening rekenoefening

•

Wat ondervindt de grootste opwaartse stuwkracht: 1 dm³ lood of 1 dm³ hout?

•

Een schip heeft een waterverplaatsing van 5.500 ton. Wat betekent dit? Verklaar aan de hand van de net geziene wet.

•

Leg het verband uit tussen een versnelde opstijging en de wet van Archimedes.



33


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen vloeistoffen :: rekenoefening rekenoefening

•

Je anker, met een gewicht van 80 N en een volume van 1 l, bevindt zich op 37 m diepte. Je wenst met een hefballon het anker naar boven te sturen. Hoeveel bar kost je dit van je 15 l fles?

•

Bij het begin van de duik (zoet water) moet ik op 3m diepte 2 liter lucht in mijn jacket blazen om perfect uitgetrimd te zijn. Op het einde van de duik (50 bar) ben ik op diezelfde 3m perfect uitgetrimd met een leeg jacket. Hoeveel was de begindruk van mijn dubbelset 10 l?


Fysische Fysische wetten: wetten: vloeistoffen: vloeistoffen: samenvatting samenvatting

Wet van Archimedes • Definitie • Toepassingen • Zinken – Zweven - Drijven

Dichtheid • Definitie • Zoet water versus zout water • Toepassingen



34


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen en en vloeistoffen vloeistoffen

Wx jxà ätÇ [xÇÜç


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen en en vloeistoffen: vloeistoffen: Wet Wet van van Henry Henry

• Proef: in vloeistoffen kunnen niet alleen vaste stoffen (zoals suiker in water), maar ook gassen opgelost worden (zoals CO2 in spuitwater). • De hoeveelheid gas die in een vloeistof zal oplossen, wordt bepaald door de Wet van Henry

Coolshots.be



35



De Wet van Henry Bij constante temperatuur en bij verzadiging is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof evenredig met de druk van dat gas in contact met die vloeistof. • Toepassingen: –Decompressieongeval –Decompressiemodellen Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


• Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren : T : Temperatuur A : Aard van het gas A : Aard van de vloeistof R : Raakoppervlak T : Tijd Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


36



• Het gas opgelost in de vloeistof oefent een zekere druk uit binnen in deze vloeistof. • Deze druk noemen we de ‘spanning’ van het opgeloste gas of pog. De druk boven de vloeistof noemen we p.



• Verzadiging – Er is evenwicht tussen het opgeloste gas en het vrije gas. p = pog

• Onderverzadiging – Als de uitwendige druk stijgt gaat de vloeistof gas oplossen naar een nieuwe evenwichtstoestand. p > pog

=

p

pog

+

p

pog

• Oververzadiging – De druk van het vrije gas vermindert. Het opgeloste gas gaat uit de vloeistof treden om een nieuwe evenwichtstoestand te bereiken. p < pog

-

p

pog



37



Link met de duiksport: • Tijdens het duiken ademen we lucht. Een deel van de zuurstof verbruiken we (stofwisseling). Het is het oplossen van stikstof dat ons aanbelangt. • Ons organisme bestaat uit ca. 70% vloeistoffen, plus weefsels en vetten, die stikstof kunnen oplossen. • Tijdens het duiken verhoogt de partiële druk van stikstof en zullen onze weefsels verzadigen naar een nieuwe evenwichtstoestand. • Tijdens het stijgen moeten we zo stijgen dat het ontgassen (partiële druk van stikstof daalt) gecontroleerd gebeurt en geen belvorming optreedt.



Het begrip “periode”: • Het oplossen van een gas in een vloeistof gebeurd door diffusie. Deze diffusie is niet ogenblikkelijk maar gebeurt eerst snel en verloopt daarna steeds trager en trager. • Periode = De tijd die nodig is om een bepaalde vloeistof voor DE HELFT te verzadigen met een bepaald gas. (halfwaardetijd) • Verzadigen gebeurt dus als volgt: 50%, dan 25% bij, dan 12,5%, dan 6,25%, dan 3,125% ... Na 6 perioden veronderstellen we dat een vloeistof “volledig verzadigd” is. • Ontzadigen gebeurt op dezelfde manier, al kan dit met een andere periode zijn dat het verzadigen.



38


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen en en vloeistoffen: vloeistoffen: Wet Wet van van Henry Henry % opgelost gas bij begin periode

PERIODE

0%

1

Nog op te lossen % 100%

Opgelost tijdens de periode 100% x ½ = 50%

% opgelost na de periode 0% + 50% = 50%

2

50%

50%

50% x ½ = 25%

50% + 25% = 75%

3

75%

25%

25% x ½ = 12,5%

75% +12,5% = 87,5%

4

87,5%

12,5%

12,5% x ½ = 6,25%

87,5% + 6,25% = 93,75%

5

93,75%

6,25%

6,25% x ½ = 3,125%

93,75% + 3,125% = 96,875%

6

96,875%

3,125%

3,125% x ½ = 1,5625%

96,875% + 1,5625% = 98,4375%

Saturatie - en desaturatieverloop

Saturatie in % van totale verzadiging

100 90 80 70 60 50

T = 5 min. T = 10 min.

40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

tijd in minuten



Link met de duiksport: • Ons lichaam wordt voorgesteld als een verzameling van weefsels (vloeistoffen) met verschillende perioden.



39


Fysische Fysische wetten: wetten: gassen gassen en en vloeistoffen: vloeistoffen: samenvatting samenvatting

Wet van Henry • • • •

Definitie Toepassingen Factoren Toestanden


Fysica

Hoofdstuk 3

Waarneming



40


Fysica: Fysica: waarneming waarneming

• Bij het duiken begeven we ons in een ander medium: water. Dit medium heeft een enorme impact op onze waarnemingen: • Horen • Zien • Voelen

Ö Geluid Ö Licht Ö Temperatuur


Fysica: Fysica: waarneming: waarneming: geluid geluid

Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s Geluidssnelheid in zoet water = ± 1.440 m/s (afhankelijk van de temperatuur) Lichtsnelheid: vacuum/lucht = 300.000.000 m/s Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


41


Fysica: Fysica: waarneming: waarneming: geluid geluid

• Het geluid onder water beweegt zich ongeveer 4x sneller dan in de lucht en bereikt de oren bijna gelijktijdig. • Het geluid komt ook ongeveer 4 x sterker door. Het geluid draagt dan ook veel verder in water dan in de lucht. • Gevolg: zowel richting van als afstand tot de geluidsbron is niet of zeer moeilijk te bepalen. (bvb. lokaliseren van overvarende boten) Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie

Fysica: Fysica: waarneming: waarneming: Licht Licht

Licht

In water is de lichtsnelheid ongeveer factor 1.3 lager dan in lucht of vacuum



42



Lichtbreking • •

•

Licht dat van het éne medium naar het andere overgaat wordt gebroken. Onze ogen zijn voorzien om licht te zien vanuit de omgeving lucht. Onder water is dit niet zo, en dragen we daarom een duikbril. Ook het dragen van een duikbril zorgt weer voor afwijkingen, aangezien er een extra breking water-lucht bijkomt –

Boven water : • •

–

Medium1 = lucht Medium2 = oogvocht

Onder water met duikbril: • • •

Medium1 = water Medium2 = lucht Medium3 = oogvocht



Een lichtstraal uit het water onder een hoek van 48°45’ zal niet uit het water treden

Water

W eer ka ats te str aa l

i i’ 48 °4 5

r

l traa en s rok Geb

•

Lichtstralen worden weerkaatst bij schuine inval onder een hoek gelijk aan de invalshoek

al ra lst va In

•

Lucht

Lichtbreking

i = Invalshoek i’ = Weerkaatsingshoek r = Brekingshoek



43



Lichtbreking •

Alle voorwerpen onder water worden 1/3 groter dan werkelijk, alle voorwerpen lijken 1/4 korter bij dan werkelijk.

•

Ons gezichtsveld vermindert met 25%.


Lichtabsorptie •

Water werkt als een kleurenfilter.

•

De warmste kleuren verdwijnen het eerst, op diepte blijft enkel blauw over.

Ul

Vio let tra vio l

Inf rar oo d Ro od Or an je Ge el Gr oen Bla uw

ROGGBIV

et


10 20

•

•

De selectieve absorptie gebeurt in functie van de afstand dat het licht moet afleggen (<> diepte)

30 40 50 60

Gebruik duiklamp



44





Lichtverstrooiing •

Wanneer een lichtbundel invalt op een verzameling van kleine deeltjes dan zal dit licht verstrooid worden: 1. RALEIGH : Deeltjes ≤ golflengte van het licht: – – –

Verstrooiing is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte Blauw licht wordt 12 maal zo sterk verstrooid dan rood licht Voorbeelden : Middellandse Zee, blauwe lucht, rode zonsondergang

2. TYNDALL : Deeltjes > golflengte van het licht: – – – –

Deeltjes : plankton, zweefvuil, … Verstrooiing is minder afhankelijk van de golflengte Eerder groene kleur Voorbeeld : de Noordzee



45


Fysica: Fysica: waarneming: waarneming: temperatuur temperatuur

Warmtegeleiding •

Water geleidt veel beter de warmte dan lucht. Daardoor zullen we ook veel sneller afkoelen in het water.

•

Bij water van 21°C of minder kan een mens niet voldoende warmte produceren om de verliezen te compenseren: – Onderkoeling of hypothermie – Gebruik van thermisch isolerende duikpakken (neopreen: natpak – (half) droogpak, neopreen/trilaminaat: droogpak)


Fysica: Fysica: waarneming: waarneming: temperatuur temperatuur

Watertemperatuur • Water heeft zijn grootste dichtheid bij ca. 4°C. Dit wil zeggen dat 1 liter water bij deze temperatuur het zwaarst is. • Gevolgen: – IJs drijft en ijsbergen drijven – Op grote diepte is de temperatuur van het water 4°C



46


Fysische Fysische wetten: wetten: waarneming: waarneming: samenvatting samenvatting

Geluid • 4 x sneller • Weinig afgezwakt

Licht • Breking en weerkaatsing: 1/3 groter, 1/4 dichterbij • Absorptie • Verstrooiing – Raleigh – Tyndall

Temperatuur • Geleiding : snelle afkoeling • Grootste dichtheid bij 4°C


Fysica

Einde Sportduiken Sportduiken onze onze passie passie


47

Onze passie. Onze passie. NELOS Theorie Fysica. TORPEDO, januari Subcommissie Edit Departement didactiek

Recommend Documents