sportduiken onze passie. fysica: waarom? •om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken...
TRANSCRIPT
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysica: waarom?Fysica: waarom?
• Om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken
• Om de werking van ons materiaal te begrijpen
• Vooral voor de veiligheid: zonder fysica geen duikgeneeskunde
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Hoofdstuk 1
Druk
Fysica
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Massa (m)Massa (m)
Massa = De grootheid waarmee wordt gemeten hoe gemakkelijk het is een lichaam te versnellen.
Bijvoorbeeld: het is heel wat moeilijker om een bus te verplaatsen, dan om een auto te verplaatsen.
Massa heeft dus te maken met de hoeveelheid materie die een lichaam bevat.
Wie zegt dat hij een gewicht heeft van 56 kg of 56 kg weegt, bedoelt eigenlijk dat hij een massa heeft van 56 kg.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Kracht (F)Kracht (F)
Een kracht van 1 Newton (N) = de kracht die aan een massa van 1 kg na 1 seconde een snelheid van 1 m/s geeft.
Kracht (N) = massa (kg) x versnelling (m/s²)
OF: F = m.a
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Gewicht (G)Gewicht (G)
Een bijzondere kracht is het gewicht:
Gewicht van een lichaam = de kracht waarmee de aarde het lichaam aantrekt.
1 kg heeft een gewicht van 9.81N afronden naar 10N
Bijvoorbeeld: Een loodgordel met een massa van 5 kg, oefent een kracht van 50 N uit op ons lichaam, of weegt dus 50 N.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Druk (p)Druk (p)
Druk = een kracht uitgeoefend op een oppervlakte
Eenzelfde kracht op een groter oppervlak veroorzaakt minder druk dan op een kleiner oppervlak.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Druk (p)Druk (p)
Druk (Pa) = Kracht (N) / Oppervlakte (m²)
De eenheid van druk is Pascal: Pa = N/m²
Wij gebruiken als eenheid bar:
1 bar = 100.000 Pa
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Soorten drukSoorten druk
• Als duiker worden we geconfronteerd met 2 soorten druk:– Luchtdruk = Atmosferische druk– Waterdruk = Hydrostatische druk = Relatieve druk
• Beide samen geeft ons de absolute druk: absolute druk = luchtdruk + waterdruk
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Atmosferische drukAtmosferische druk
• Uit de meteorologie :
1.013 hPa (hectoPascal) = 1,013 bar• Wij nemen aan dat de luchtdruk op
zeeniveau gelijk is aan 1 bar
• Atmosferische druk = Luchtdruk = 1 bar
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Atmosferische drukAtmosferische druk
• Tot 5.000 m hoogte neemt de luchtdruk ongeveer lineair met 0,1 bar per 1.000 m af
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Hydrostatische drukHydrostatische druk
Waterdruk = hydrostatische druk = relatieve druk
Vuistregel: diepte (m) / 10
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Druk: toepassingDruk: toepassing
Wat is de kracht op ons lichaam op 40m diepte?
40m absolute druk: 5 bar
Druk = Kracht / Oppervlakte
Dus: Kracht = Druk x Oppervlakte
Lichaamsoppervlakte is ongeveer 1,5 m²
Kracht = 5 bar x 1,5 m² = 500000 Pa x 1,5 m² = 750000 N
Dit komt overeen met het gewicht van een massa van 75000 kg of 75 ton
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: vloeistoffenFysische wetten: vloeistoffen
De Wet van Pascal
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van PascalDe wet van Pascal
• Proef: druk plant zich in een vloeistof voort in alle richtingen, en met dezelfde grootte
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van PascalDe wet van Pascal
Een druk, uitgeoefend op
een deel van een vloeistof, plant
zich in alle richtingen voort
met dezelfde grootte.
De Wet van Pascal
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van PascalDe wet van Pascal
Duiken in een grot
De druk blijft even groot!
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen
De Wet van Dalton
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van DaltonDe wet van Dalton
• Lucht is een mengsel van gassen: 80% stikstof (N2) en 20% zuurstof (O2)
• De totale luchtdruk is gelijk aan de som van de afzonderlijke gas-drukken
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van DaltonDe wet van 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)
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van DaltonDe wet van Dalton
Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] x fractie gas [%]Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] x fractie gas [%]
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De wet van DaltonDe wet van Dalton
Toepassingen:
• Uitwerken decompressiemodellen
• Dieptedronkenschap (stikstofnarcose)
• Zuurstof-, kooldioxide- en koolmonoxidevergiftigingen
• Duiken met andere mengsels
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Gassen : oefeningenGassen : oefeningen
• Wat is de partiële druk van zuurstof en stikstof op 35 m met nitrox 32?Partiële druk zuurstof = 4,5 bar x 32% = 1,44 barPartiële druk stikstof = 4,5 bar x 68% = 3,06 bar
• Wat is de maximaal toegelaten duikdiepte met lucht als je rekening houdt met de maximaal toegelaten partiële druk van zuurstof = 2 bar ?Partiële druk zuurstof = 2 barAbsolute druk = 2 bar / 0,2 = 10 barHydrostatische druk = 10 bar – 1 bar = 9 bar diepte 90 m
• Bij het duiken met nitrox ligt de beperking op 1,5 bar zuurstof. Wat is het optimale nitroxmengsel om te duiken op een diepte van 35 m?Absolute druk = 3,5 bar + 1 bar = 4,5 barPartiële druk zuurstof = 1,5 bar en dit is 1,5/4.5 = 0,33 of dus 33%
• Bepaal de partiële druk van helium op 80 m van volgend mengsel : O2(10%) - N2 (20%) - He (70%).Absolute druk = 8 bar + 1 bar = 9 barPartiële druk helium = 9 bar x 70% = 9 bar x 0,7 = 6,3 barWat bedraagt de ppN2?Partiële druk stikstof = 9 bar x 20% = 9 bar x 0,2 = 1,8 barOp welke diepte krijgen we reeds deze partiële druk stikstof met lucht?Partiële druk stikstof = 1,8 barAbsolute druk = 1,8 bar / 0,8 = 2,25 barHydrostatische druk = 2,25 bar – 1 bar = 1,25 bar diepte 12,5 m
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen
De Wet van Boyle - Mariotte
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
Een luchtvolume dat ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk,en omgekeerd.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van 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]
p x V = Cte
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
Diepte Druk Volume pxV=Cte
0m
10m
20m
30m
40m
50m
1bar
2bar
3bar
4bar
5bar
6bar
1x10=10
2x5=10
3x3,3=10
4x2,5=10
5x2=10
6x1,66=10
Lucht10l
1/2=5l
1/3=3,3l
1/4=2,5l
1/5=2l
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
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 onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
Toepassing: luchthoeveelheid in een duikfles
Luchthoeveelheid = p x V
Druk fles Volume fles
Hoeveelheid lucht
200 bar 12 l 2400 barl
200 bar 15 l 3000 barl
300 bar 10 l 3000 barl
300 bar 14 l 4200 barl
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
Opmerking:
• Een gevulde fles weegt meer dan een lege !Ook gassen zoals lucht hebben een massa.
• Bij atmosferische druk en 0°C bedraagt de massa van 1 m³ lucht 1,3 kg. 1 m³ 1,3 kg1000 l 1,3 kg1000 barl 1,3 kg
Oefening: De tarra van je duikfles (staal, 10 l, 200 bar) is 15,2 kg. Hoeveel massa heeft ze meer met de reserve van 50 bar erin ? En gevuld tot 200 bar ? Wat betekent dit voor je uitloding ?Hoeveelheid lucht bij 50 bar = 50 bar x 10 l = 500 barlMassa van de reserve lucht = 1,3 kg / 2 = 0,65 kgHoeveelheid lucht bij 200 bar = 200 bar x 10 l = 2000 barlMassa van de lucht bij volle fles = 1,3 kg x 2 = 2,6 kgVerschil in massa = 2,6 kg – 0,65 kg = 1,95 kg
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Gassen : oefeningenGassen : oefeningen• Mijn trimvest heeft op 20 m een volume van 10 l. Tot welke diepte moet ik dalen om dat volume te
halveren?Op 20 m is druk x volume = 3 bar x 10 l = 30 barlHelft van het volume = 5 l30 barl / 5 l = 6 bar, dus op een diepte van 50 m
• Een ballon heeft een volume van 2 liter en een inwendige druk van 1,5 bar. Wat is zijn volume op 30 m diepte?Hoeveelheid lucht in ballon = 2 l x 1,5 bar = 3 barlInwendige druk ballon op 30 m = 4 barVolume ballon op 30 m = 3 barl / 4 bar = 0,75 l
• 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?Hoeveelheid lucht 12 l fles = 60 bar x 12 l = 720 barlHoeveelheid lucht 20 l fles = 200 bar x 20 l = 4000 barlTotale hoeveelheid lucht = 720 barl + 4000 barl = 4720 barlTotaal volume = 12 l + 20 l = 32 lDruk op beide flessen = 4720 barl / 32 l = 147,5 bar
• Mijn trimvest heeft een volume van 25 l. Op 40 m is 15 l ervan met lucht gevuld. Op welke diepte zal het overdrukventiel openen als ik stijg zonder lucht te laten ontsnappen?Hoeveelheid lucht in trimvest = 5 bar x 15 l = 75 barlInwendige druk trimvest 25 l gevuld = 75 barl / 25 l = 3 barOp minder dan 20 m krijgen we overdruk in de trimvest.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
Toepassing: luchtverbruik
• Beschikbare lucht: afhankelijk van inhoud en druk duikfles.
• Persoonlijk verbruik: afhankelijk van ervaring, geslacht, conditie, stress.Elke persoon heeft zijn persoonlijk luchtverbruik, dat we ook het Gemiddelde OppervlakteVerbruik (GOV) noemen.Dit GOV kan variëren van 10 l/min tot méér dan 30 l/min.We kunnen dit bepalen via duikcomputer of via specifieke duik.
• Verbruik op diepte: evenredig met de diepte (Wet van Boyle-Mariotte) Luchtverbruik op diepte = GOV x absolute druk
• Nodige lucht: afhankelijk van GOV, tijd en diepte, inspanning en veiligheidsmarge.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
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.
• De afdaling, de bodemtijd, en 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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte
• Afdalen, bodemtijd en stijgen: 5,5 bar x 20 l/min x 24,5 min = 2695 barl
• Trap 1 op 6 m : 1,6 bar x 20 l/min x 2 min = 64 barl
• Trap 2 op 3 m : 1,3 bar x 20 l/min x 7 min = 182 barl
• Totaal verbruik = 2695 + 64 + 182 barl = 2941 barl
• In druk : 2941 barl / 20 l = 147 bar• Reserve : 200 – 147 bar = 53 bar Deze duik kan nipt uitgevoerd worden• Met deepstop op
45/2 23 m 6/2 3 m dus op 26 m : 3,6 bar x 20 l/min x 1 min = 72 barl of 72 barl / 20 l = 3,6 barReserve = 53 – 3,6 bar = 49,4 bar
Een deepstop is niet mogelijk tijdens deze duik!
Oefening: Je duikt met een dubbelset 10 l op 200 bar en zou graag de hier voorgestelde duik uitvoeren. Ga uit van een verbruik van 20 l/min. Is dit mogelijk?Is er eventueel ook nog een deepstop mogelijk van 1 min?
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Gassen: oefeningGassen: oefening
Oefening: 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?Absolute druk op 3m: 1,3 barVerbruik op 3m: 20 l/min x 1,3 bar = 26 barl/minHoeveelheid lucht in fles: 50 bar x 15 l = 750 barlResterende tijd op 3m: 750 barl / 26 barl/min = 29 min
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen
De Wet van Gay - Lussac
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van Gay-LussacWet van 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
Temperatuur in Kelvin = Temperatuur in °C + 273
• Toepassingen: warm worden duikfles bij vullen, drukdaling in fles indien afkoeling in water, fles openen, bevriezen ontspanner
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Gassen : oefeningGassen : oefening
Oefening: Op een zonnige dag (27 °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?27 °C + 273 300 K200 bar / Temp. water in K = 215 bar / 300 K Ook: Temp. water in K / 200 bar = 300 K / 215 barDus: Temp. water in K = 300 K / 215 bar * 200 bar
= 279 K279 K - 273 6 °C
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
De algemene gaswetDe algemene gaswet
De algemene gaswet:
druk x volume --------------------- = constante temp in K
Of: p x V ---------- = cte T
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
SamenvattingSamenvatting
• Gewicht (N) = massa (kg) x 10• Druk (bar) (kracht op een oppervlakte)• Luchtdruk = atmosferische druk = 1 bar• Waterdruk = hydrostatische druk = relatieve druk =
diepte in m / 10 • Absolute druk = som van beiden• Pascal: druk in vloeistof in alle richtingen en met
dezelfde grootte• Dalton: totale druk = som partiële drukken• Boyle-Mariotte: druk x volume = constant• Gay-Lussac: druk / temp in K = constant• Algemene gaswet
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: vloeistoffenFysische wetten: vloeistoffen
De Wet van Archimedes
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van 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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van Archimedes
De wet van Archimedes
Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse
stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.
Toepassing: Uittrimmen met jacket en lood
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van Archimedes
Fysische verklaringWe dompelen een kubus van 1m x 1m x 1m onder water tot op een diepte van 10 m.
pabs onderzijde kubus : 2 bar
pabs bovenzijde kubus: 1,9 bar
Oppervlakte kubusvlak: 1 m x 1 m = 1 m²
Kracht op bovenzijde kubus : 190.000 Pa x 1m² = 190.000 N
Kracht op onderzijde kubus: 200.000 Pa x 1m² = 200.000 N
Verschil in kracht tussen bovenzijde en onderzijde (= opwaartse stuwkracht): 200.000 N – 190.000 N = 10.000 N
Volume verplaatste vloeistof: 1 m x 1 m x 1 m = 1 m³
Gewicht van de verplaatste vloeistof (zoet water): 1 m³ x 1.000 kg/m³ x 10 m/s² = 10.000 N
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van Archimedes
Het drijfvermogen is afhankelijk van het gewicht
Gelijke volumes
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van Archimedes
Gelijke gewichten
Het drijfvermogen is afhankelijk van het volume
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van ArchimedesWet van Archimedes
We kunnen volgende toestanden onderscheiden:
1. ZinkenWerkelijk gewicht > opwaartse stuwkracht (schijnbaar gewicht is positief)
2. StijgenWerkelijk gewicht < opwaartse stuwkracht(schijnbaar gewicht is negatief)
3. ZwevenWerkelijk gewicht = opwaartse stuwkracht (schijnbaar gewicht is nul)
4. DrijvenZweven aan de oppervlakte Werkelijk gewicht = opwaartse stuwkracht geleverd door het nog ondergedompelde deel
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
DichtheidDichtheid
• “.. 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)Bijvoorbeeld: lood: 11340 kg/m³ hout: 800 kg/m³ piepschuim: 25 kg/m³
• water: verschil naargelang zoutgehalte– dichtheid van zoet water = 1.000 kg/m³
= 1 kg/dm³ = 1 kg/l
– dichtheid van zout water = 1.025 kg/m³ = 1,025 kg/dm³ = 1,025 kg/l
=> extra lood in zout water (meestal 2 à 3 kg)
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Vloeistoffen : oefeningenVloeistoffen : oefeningen
Wat ondervindt de grootste opwaartse stuwkracht: 1 dm³ lood of 1 dm³ hout?(zoet water)Beide ondervinden dezelfde opwaartse stuwkracht, nl. het gewicht van de verplaatste vloeistof:
1 dm³ = 1 l water met een massa van 1 kg, en een gewicht van 10 N.De massa van 1 dm³ lood is 11,34 kg, dus een gewicht van 113,4 N zinken.De massa van 1 dm³ hout is 0,8 kg, dus een gewicht van 8 N stijgen.
Zelfde vraag, maar dan voor 1 kg lood en 1 kg hout.Het hout zal een grotere opwaartse stuwkracht ondervinden omdat het volume van het hout groter zal zijn.Gewicht in beide gevallen = 10 NVolume 1 kg lood = 1 kg / 11,34 kg/dm³ = 0,09 dm³ Opwaartse stuwkracht 1 kg lood: 0,09 kg x 10 m/s² = 0,9 N zinkenVolume 1 kg hout = 1 kg / 0,8 kg/dm³ = 1,25 dm³ Opwaartse stuwkracht 1 kg hout: 1,25 kg x 10 m/s² = 12,5 N stijgen
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Vloeistoffen : oefeningenVloeistoffen : oefeningen
Leg het verband uit tussen een ongecontroleerde opstijging en de wet van Archimedes.Het volume van de jacket (en ook het duikpak) zal blijven toenemen wegens Boyle-Mariotte, waardoor de opwaartse stuwkracht zal blijven toenemen. Gevolg een te grote stijgsnelheid, en gevaar voor longoverdruk en decompressieongeval!
Een aangeklede duiker weegt l00 kg (met een lege duikfles) en heeft een volume van 110 liter. Hoeveel lood moet hij aan doen in zoet water? En in zout water?Volume verplaatste vloeistof = 110 l = 110 dm³Massa verplaatste vloeistof = 110 dm³ x 1 kg/dm³ = 110 kg(Gewicht verplaatste vloeistof = 110 x 10 N = 1100 N = opwaartse stuwkracht)(Gewicht van de duiker = 100 x 10 N = 1000 N)(1100 N – 1000 N = 100 N of dus 100/10 kg = 10 kg lood)Kort: 110 kg – 100 kg = 10 kgIn zout water is de massa verplaatste vloeistof = 110 dm³ x 1,025 kg/dm³ = 112,75 kgDus 112,75 – 100 kg = 12,75 kg
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Vloeistoffen : oefeningenVloeistoffen : oefeningen
Je anker, met een gewicht van 80 N en een volume van 1 l, bevindt zich op 37 m diepte (zoet). Je wenst met een hefballon het anker naar boven te sturen. Hoeveel bar kost je dit van je 15 l fles?Nodige opwaartse stuwkracht = 80 NMassa van de verplaatste vloeistof = 8 kgVolume verplaatste vloeistof = 8 kg / 1 kg/dm³ = 8 dm³ = 8 l We hebben reeds een volume van 1 l, dus nog 7 l nodig in de ballonNodige lucht = 7 l x 4,7 bar = 32,9 barlAantal bar van de fles = 32,9 / 15 = 2,2 bar
Bij het begin van de duik (zoet water) moet ik op 3 m 2 liter lucht in mijn jacket blazen om perfect uitgetrimd te zijn. Op het einde van de duik (50 bar) ben ik perfect uitgetrimd met een leeg jacket. Hoeveel was de begindruk van mijn dubbelset 10 l?Jacket met 2 l lucht zorgt voor opwaartse stuwkracht van 20 NOp einde duik zijn deze 20 N niet meer nodig, dus is er 2 kg gewicht (lucht) minderLucht weegt 1,3 kg per 1000 barl, dus: 1,3 kg 1000 barl
1 kg 1000 / 1,3 barl 2 kg 1000 / 1,3 * 2 barl = 1538 barl
1538 barl / 20 l = 77 barBegindruk = 77 + 50 bar = 127 bar
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Hoofdstuk 2
Gassen en vloeistoffen
Fysica
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysische wetten: gassen en vloeistoffenFysische wetten: gassen en vloeistoffen
De Wet van Henry
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
• 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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
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.Dus: hoe groter de druk van het gas op de vloeistof,
hoe meer gas er zal opgelost zijn in de vloeistof.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
• 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.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
p
pog
=
p
pog
+
p
pog
-
• 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
• Oververzadiging– De druk van het vrije gas vermindert. Het opgeloste
gas gaat uit de vloeistof treden om een nieuwe evenwichtstoestand te bereiken.
p < pog
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
Link met de duiksport:• Tijdens het duiken ademen we lucht. De zuurstof
verbruiken we (stofwisseling). Het is het oplossen van stikstof dat ons aanbelangt.
• Ons organisme bestaat uit ca. 70% vloeistoffen 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.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
• Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren :
T : Temperatuur (temp.↓ oplossen gas↑) duiken in koud water!A : Aard van het gas (duiken met helium ipv stikstof, andere
decompressiemodellen)A : Aard van de vloeistof (meer in vet dan in
waterachtige oplossing)R : Raakoppervlak (raakopp.↑ oplossen gas↑)
longen groot raakoppervlakT : Tijd (tijd↑ oplossen gas↑)
langer duiken, meer stikstof
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
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 (halfwaardetijd) = De tijd die nodig is om een bepaalde vloeistof voor DE HELFT te verzadigen met een bepaald gas (drukverschil halveren).
• 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.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Satura
tiein
% v
antota
leverzadig
ing
tijd inminuten
Saturatie -endesaturatieverloop
T =5 min.T =10
Wet van HenryWet van Henry
PERIODE% opgelost gas bij
begin periodeNog op te lossen %
Opgelost tijdens de periode
% opgelost na de periode
1 0% 100% 100% x ½ = 50% 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%
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Wet van HenryWet van Henry
Link met de duiksport:• Ons lichaam wordt
voorgesteld als een verzameling van weefsels (vloeistoffen) met verschillende perioden.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Hoofdstuk 3
Waarneming
Fysica
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
GeluidGeluid
Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s
Geluidssnelheid in zoet water = ± 1.440 m/s(afhankelijk van de temperatuur)
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
GeluidGeluid
• 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 onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
Licht
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
Lichtbreking
• Lichtstralen worden weerkaatst bij schuine inval onder een hoek gelijk aan de invalshoek
• Een lichtstraal uit het water onder een hoek van 48°45’ zal niet uit het water treden
Luch
tW
ater
i i’
r
i =Invalshoeki’ =Weerkaatsingshoekr =Brekingshoek
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
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%.
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
Lichtabsorptie
• Water werkt als en kleurenfilter.
• De warmste kleuren verdwijnen het eerst, op diepte blijft enkel blauw over.
• De selectieve absorptie gebeurd in functie van de afstand dat het licht moet afleggen (<> diepte)
• Gebruik duiklamp
10
20
30
40
50
60
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
LichtLicht
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 verstrooit 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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
TemperatuurTemperatuur
Warmtetemperatuur• 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
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
SamenvattingSamenvatting
• Wet van Archimedes: opwaartse stuwkracht = gewicht verplaatste vloeistof
• Wet van Henry: hoe groter druk gas op vloeistof, hoe meer opgelost gas in vloeistof
• Onderverzadiging, verzadiging, oververzadiging• TAART• Geluid in water• Lichtbreking en zicht met duikbril• Lichtabsorptie• Lichtverstrooing• Water van 4°C zwaarst
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Fysica: Verwachtingen 3-sterduikerFysica: Verwachtingen 3-sterduiker
De Wet van Boyle - Mariotte kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren
De samenstelling en het gewicht van lucht kennen (20-80)
De Wet van Henry kennen en de verbanden tussen deze wet en het decompressieongeval inzien
De Wet van Archimedes kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren
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
Weten dat er uitfiltering van kleuren is in water en dat alle objecten groter en dichterbij lijken dan zij zijn
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Te kennen leerstof:
NELOS Infomap pag. 90
Sportduiken onze passieSportduiken onze passie
Einde
Fysica