Grundlage für das Verständnis der Gegebenheiten unter Wasser Erkennen der sich daraus ableitenden Vorgänge in diesem für den Taucher
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- Bernhard Kaufer
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1 Tauchphysik Grundlage für das Verständnis der Gegebenheiten unter Wasser Erkennen der sich daraus ableitenden Vorgänge in diesem für den Taucher lebensfeindlichen Milieu Einhaltung wichtiger Verhaltens-regeln, um gesundheitliche Schäden durch das Tauchen zu vermeiden
2 Einführung Physik - allgemein - Lehre der unbelebten Natur Einschränkung: für den Taucher wichtige Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge > Tauchphysik <------
3 Vorschau Definition elementarer physikalischer Größen und deren Einheiten Eigenschaften der Luft Eigenschaften des Wassers wichtige physikalische Gesetzmäßigkeiten, denen beim Tauchen besondere Bedeutung zukommt (Boyle-Mariotte, Dlt Dalton, Henry, Gay-Lussac, Archimedes)
4 Physikalische Größen und deren Einheiten abgeleitete, für's Tauchen wichtige Einheiten Größe Formelzeichen Einheit Beziehungen Länge l m Basiseinheit Masse m kg Basiseinheit Zeit t s Basiseinheit Temperatur T K Basiseinheit ϑ C 0 C =273,16 K Fläche A m 2 m 2 = m * m Volumen V l, m 3 1l = 1dm 3 Geschwindigkeit v m/s, km/h Länge/ Zeit Dichte ρ kg/m 3, g/cm 3 Masse/Volumen Kraft F N (Newton) 1N = 1kg * m * s -2 1Pa = 1N * m -2 Druck p Pa, bar 1bar = 1013 hpa Atemminuten- Volumen AMV l/min Volumen/Zeit Luftmenge Q barl Druck * Volumen SI - Basiseinheiten (SI-Système International d' Unités) Göß Größe Formel- zeichen Name der Einheit it Einheiten- zeichen Länge l Meter m Masse m Kilogramm kg Zeit t Sekunde s Stromstär ke I Ampere A Temperat ur T Kelvin K Stoffmeng e n Mol mol Lichtstärk e I Candela cd
5 Definitionen wichtiger physikalischer Größen AMV(Atemminutenvolumen) das von einer Person in einer Minute benötigte Luftvolumen abhängig von : Belastung, Trainigszutand unabhängig von: Tauchtiefe Druck Druck p ist definiert als das Verhältnis einer senkrecht auf eine Fläche A einwirkenden Kraft F zu dieser Fläche die Kraft F wird in Newton [F]= N angegeben (1N = 1kg m/s 2 ) ; die Fläche A in cm 2 [p] = 1bar = 1013 hpa = 760 Torr = 10 mws [p] = 1bar ~ 10 N/cm 2 = 0,1 MPa Luftmenge ist das Produkt aus Druck und Volumen physikalisch korrekt müßten Luftmengen in kg angegeben werden da trockene Luft bei 20 C Umgebungstemperatur und bei 1bar Umgebungsdruck eine Dichte von 1,20g/l besitzt, ist es aber eindeutig i bar l anzugeben, denn 1 bar l = 1,20 g
6 Das Atemgas der Sporttaucher - Druckluft es gibt mehrere Möglichkeiten, sich unter Wasser mit Sauerstoff zu versorgen 1. Druckluft - Tauchgeräte 2. Sauerstoff - Tauchgeräte 3. Tauchgeräte mit künstlichen Atemgasgemischen (z.bsp.trimix, Nitrox) Sporttauchen mit Druckluft (gereinigt) Atemluft = Gasgemisch (78% N 2, 21% O 2, 1% Edelgase, CO 2, etc.) Gase - füllen jeden, ihnen zur Verfügung stehenden Raum aus - haben eine geringe Dichte - haben weder Gestalt, noch Raum, noch Oberfläche - sind komprimierbar - vermögen, in Flüssigkeiten und feste Stoffe einzudringen - vermögen, sich gegenseitig zu durchdringen
7 Eigenschaften des Wassers 71 % der Erdoberfläche ( 362 Mio km 2 ) sind mit Wasser bedeckt der Mensch besteht zu % aus Wasser rein chemisch: H 2 O Flüssigkeiten - haben eigenes Volumen - haben keine eigene Form - sind nicht kompressibel - Druck pflanzt sich in Flüssigkeiten gleichmäßig nach allen Seiten aus Anomalie des Wassers: bei 4 C erreicht Wasser seine größte Dichte, bei weiterer Abkühlung nimmt die Dichte wieder ab die Schallgeschwindigkeit im Wasser ist 45 4,5 x größer als in Luft 1. Luft: v = 340 m/s 2.Wasser: v = 1485 m/s die Dichte des Wassers ist 775 x größer als die der Luft die Wärmeleitfähigkeit des Wassers ist 25 x größer als die der Luft die Lichtgeschwindigkeit in der Luft ist ca. 1,33 x so groß wie die im Wasser es kommt zur Refraktion Brechungsindex = 1,33 dadurch erscheinen Entfernungen unter Wasser auf 3/4 ihrer tatsächlichen Größe verkürzt und Objekte erscheinen unter Wasser auf 4/3 ihrer wahren Abmessungen vergrößert es treten außerdem Streuung und Absorbtion auf das Wasser absorbiert unterschiedliche Lichtfarben unterschiedlich stark
8 Physikalische Gesetzmäßigkeiten, denen beim Tauchen besondere Bedeutung zukommt Gesetz von Dalton: Der Gesamtdruck eines Gasgemisches ist die Summe der Teildrücke (Partialdrücke) seiner Bestandteile. Gesetz von Boyle- Mariotte: Bei gleichbleibender Temperatur steht für eine gegebene Gasmenge der Druck im umgekehrten Verhältnis zum Volumen. Gesetz von Gay- Lussac: Bei konstantemvolumen wächst der Druck einer gegebenen Gasmenge im gleichen Verhältnis wie die absolute Temperatur T. Gesetz von Henry: Bei konstanter Temperatur steht die Menge des in der Flüssigkeit gelösten Gases im Sättigungszustand in direktem Verhältnis zum Druck des über der Flüssigkeit stehenden Gases. Archimedisches Prinzip:Der Auftrieb eines Körpers in einer Flüssigkeit (in einem Gas) ist vom Betrag genauso groß wie die Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeitsmenge (Gasmenge).
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