Давление как сила. Атмосферное давление

Большинство людей знают, что под водой на нас начинает действовать давление. Даже те, кто никогда не погружался с аквалангом, тоже испытывали давление на уши, ныряя на глубину 2-3 метра на задержке дыхания (хотя они могли не знать о том, как можно выровнять это давление, чтобы устранить неприятные ощущения). Давление- это сила или вес, действующий на определенную площадь. Математически это выглядит так:

Применительно к дайвингу: Газы сжимаются или расширяются пропорционально изменению давления. Влияние газов на наше тело также находится в пропорциональной зависимости от давления. Чтобы вычислять эти изменения с использованием газовых законов, нужно уметь определять давление на заданной глубине.

Атмосферное давление. Давление может исходить из разных источников. Вы можете оказывать давление на поверхность стола, опираясь на него рукой. В дайвинге нас в основном интересует давление газов, которыми мы дышим, и давление окружающей воды.

На поверхности мы находимся под давлением атмосферы, которое является результатом того, что воздух тоже имеет вес. Ученый эпохи Ренессанса, Галилей, первым продемонстрировал, что воздух обладает весом, а итальянский математик Эванджелиста Торричелли пришел к выводу, что если атмосфера окружает все вокруг и человечество живет на дне этого «воздушного моря», то на любое тело должно действовать постоянное давление. Торричелли первым измерил атмосферное давление.

Для этого он заполнил ртутью герметично закрытую с одного конца трубку, а затем перевернул ее и опустил открытым концом в емкость с ртутью. Под собственным весом ртуть в трубке опустилась вниз, образовав в верхней части трубки пустоту (вакуум). Но при этом некоторое количество ртути осталось в трубке, и высота ртутного столба в ней составила 76,2 см, что соответствует давлению 1,03 кг на квадратный сантиметр. Торричелли решил, что та сила, которая удерживает ртуть в трубке, и есть давление атмосферы.

Давление воды. Во время погружения на нас действует давление воды (также называемое гидростатическим давлением). Вес поды оказывает давление так же, как вес воздуха создает атмосферное давление. Несколько лет спустя после опыта Торричелли французский философ и ученый Блез Паскаль на похожем примере показал, что давление, оказываемое атмосферой на уровне моря, равно давлению, которое оказывает столб соленой воды высотой 10 метров. Вы можете в этом убедиться сами, используя простые математические выкладки. Один литр соленой воды весит 1,03 кг. Его объем равен 1000 см3 - другими словами, его можно представить как куб со стороной 10 см (10 см х 10 см х 10 см = 1000 см3). Площадь дна куба составляет 100 см2 (10 х 10 =100). Чтобы определить давление на 1 см2, разделите 1,03 кг на 100 см2 и получите 0,0103 кг/см2. Это делить давление каждого метра, умножьте полученный результат на 10 (1 метр = 100 см; 100 см ч- 10 см = 10), что составит давление каждого метра соленой воды 0,103 кг/см2.

Если разделить значение атмосферного давления на значение давления воды, приходящегося на один квадратный сантиметр, то можно вычислить, давление скольких метров морской воды будет равняться давлению одной атмосферы. Одна атмосфера оказывает давление равное 1,03 кг/см2 * 0,103 кг/см2 на один метр = 10 метров. Следовательно. 10 метров морской полы оказывают такое же давление, как и атмосфера.

Терминология, связанная с давлением. В зависимости от поставленных целей, вы можете измерять и выражать давление в разных величинах, большинство из которых не используется в дайвинге. В дайвинге в основном мы используем бары, атмосферы или psi (фунты на квадратный дюйм). Реже можно встретить показатель давления, выраженный в метрах пресной или соленой воды. Давайте рассмотрим различные термины, связанные с давлением, которые мы будем использовать в этой главе, и которые нашли применение в дайвинге.

Наиболее распространенной единицей измерения давления является атмосфера (сокращенно атм), или бар. Одна атм/бар это давление атмосферы на уровне моря. (Примечание: строго говоря, между атмосферой и баром существует некоторая разница, но она настолько мала, что в дайвинге мы ею пренебрегаем и используем эти термины как синонимы.)

В любой измерительной системе абсолютное давление- это суммарное давление. Нам нужно знать этот показатель, чтобы понять влияние давления на газы и наше тело. Манометрическое давление, напротив, использует 1 атм/бар в качестве нулевой отметки. Мы используем этот показатель для определения полезного давления. Именно это давление показывают большинство манометров. Чтобы понять разницу, представим, что манометр на пустом баллоне показывает 0 на поверхности. Если вы откроете вентиль, то воздух не будет выходить из баллона. Но все- таки в баллоне воздух есть - просто он не выходит, потому что снаружи и внутри баллона давление одинаковое. Абсолютное давление внутри баллона - 1 атм или 1 бар - такое же, как и снаружи.

Чтобы различать атмосферное и манометрическое давление в британской системе измерений часто (но не всегда) добавляют букву «а» к обозначению абсолютного давления и «g» к обозначению манометрического. Как правило, абсолютные атмосферы сокращаются до ата (ata), а фунты на квадратный дюйм до psia (абсолютное давление) или psig (манометрическое). В метрической системе, как правило, после единицы измерения добавляют сочетание «абсолютное давление» или «манометрическое давление», если из контекста не ясно, какое давление имеется в виду. Например; 2 бар (манометрическое давление).

Фунты на квадратный дюйм (psi, psia или psig) являются распространенной единицей измерения, используемой в британской системе измерений в основном для обозначения давления в баллоне. Дайверы, использующие метрическую систему, обычно измеряют давление в баллоне в барах. Редко можно встретить в дайвинге использование килограммов на квадратный сантиметр (кг/см2), хотя в науке этот термин используют часто.

Иногда и в метрической и в британской системе измерений можно встретить давление, выраженное в терминах глубины - в метрах морской воды (msw), метрах пресной воды (mfw), футах морской воды (fsw) и футах пресной воды (ffw). Этот термин часто используется, например, для обозначения максимального давления, на которое рассчитан подводный бокс для фотоаппарата.