Nurkowanie to fantastyczny sposób spędzania wolnego czasu. Pozwala poznać podwodny świat na co dzień niedostępny naszym zmysłom. By jednak nurkować bezpiecznie potrzebna jest znajomość praw fizyki. Gdy zanurzamy się z akwalungiem z każdym metrem woda coraz mocniej naciska na nasze ciało rośnie jej ciśnienie. Większe ciśnienie sprawia, że więcej gazów zawartych w butli z mieszanką oddechową rozpuszcza się w naszej krwi i tkankach gdy oddychamy. Gdy wynurzam się zbyt szybko nasze tkanki zachowują się jak pozostawiona w cieple butelka z gazowanym napojem. Szybki spadek ciśnienia spowoduje nagłe powstanie pęcherzyków gazu w tkankach i we krwi doprowadzając do zatoru w naczyniach krwionośnych co może się skończyć nawet śmiercią. To tak zwana choroba kesonowa. Aby jej zapobiec z większych głębokości trzeba wynurzać się bardzo powoli aby dać płucom czas na fizjologiczne odgazowanie krwi. Jeśli nie jest to możliwe zaraz po wynurzeniu nurek musi znaleźć się w komorze hiperbarycznej gdzie bardzo powoli obniża się ciśnienie powietrza do normalnego poziomu. Więcej o ciśnieniu hydrostatycznym i atmosferycznym dowiesz się z tej lekcji. Dzisiejsza lekcja ma Ci wyjaśnić czym jest ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne. Zacznijmy od tego pierwszego. A dokładnie od doświadczenia które pokaże nam w małej skali co dzieje się podczas nurkowania. Będzie nam potrzebna półtoralitrowa plastikowa butelka, miska, igła, miarka taśma klejąca i woda. W butelce robimy igłą kilka otworów. 4 lub 5. Jeden nad drugim. Zachowując między nimi równe odstępy. Do sprawdzania odległości najlepiej wykorzystać miarkę. Zaklejamy otwory taśmą klejącą. Butelkę napełniamy wodą i stawiamy w misce na wysokiej podstawce na przykład na szklance. Zdejmujemy taśmę klejącą z otworów. Co się dzieje? Woda zaczyna tryskać z butelki przez otwory. Im niżej położony otwór, tym dalej tryska. Dlaczego tak się dzieje? Im niżej znajduje się otwór tym większa masa wody się nad nim znajduje a więc większy ciężar dociska wodę która akurat znajduje się na jego poziomie. Dlatego ściskana woda napiera na ścianki butelki. Im niżej, tym silniej. Taką siłę nacisku w cieczach i gazach nazywamy parciem. Jak pamiętasz może z innego filmu tej playlisty ciśnienie to iloraz wartości siły nacisku i pola powierzchni na którą ta siła działa. Czyli siła przypadająca na jednostkę powierzchni. W cieczach, takie ciśnienie nazywamy hydrostatycznym. Hydro to po grecku woda. Ciśnienie hydrostatyczne oddziałuje nie tylko na dno ale i na ścianki butelki. Z doświadczenia widzimy że ciśnienie hydrostatyczne wzrasta wraz ze wzrostem głębokości. Czy zależy od czegoś jeszcze? Tak, zaraz się o tym przekonasz. Doświadczalnie. Tym razem potrzebna nam będzie nieduża plastikowa butelka, balonik gumka recepturka, nożyczki statyw laboratoryjny, woda olej i denaturat. Odcinamy nożyczkami dno butelki. Z balonika wycinamy krążek gumy i zakładamy taki krążek na szyjkę. Uszczelniamy na gwincie gumką. Butelkę umieszczamy na statywie do góry dnem. Najpierw do flaszki nalewamy wodę. Obserwujemy jak zachowuje się zamocowana na szyjce gumka z balonika. Powtarzamy doświadczenie z denaturatem i w kolejnym podejściu z olejem. Za każdym razem wlewamy taką samą objętość cieczy. Widzimy, że gumka najbardziej wybrzuszyła się pod wpływem wody a najmniej pod wpływem denaturatu. Czy wiesz dlaczego? Powierzchnia gumy poddana działaniu cieczy była taka sama. Jednakowa była też objętość wlewanych cieczy. Znając definicję ciśnienia dojdziemy do wniosku że ciśnienie, a więc i parcie na gumę balonika zależy od ciężaru cieczy. A zatem pośrednio od jej gęstości. Największe parcie wywierane jest przez ciecz o największej gęstości w naszym doświadczeniu to woda. A najmniejsze, przez ciecz o najmniejszej gęstości, czyli denaturat. A zatem ciśnienie hydrostatyczne zależy nie tylko od wysokości słupa cieczy lecz także od rodzaju cieczy a dokładniej od jej gęstości. Aby obliczyć Jakie jest ciśnienie cieczy na danej głębokości, musimy pomnożyć wysokość słupa cieczy h przez gęstość tej cieczy d i przyspieszenie ziemskie g. W przypadku wody gęstość ta jest równa tysiącowi kilogramów na metr sześcienny a przyspieszenie ziemskie to 10 metrów na sekundę kwadrat. Gdyby więc nasz nurek z początku filmu znalazł się na głębokości 20 metrów to woda będzie na niego działała ciśnieniem pH równym dwudziestu metrom razy 1000 kilogramów na metr sześcienny razy 10 metrów na sekundę kwadrat czyli 200 000 pascali. Czy to wszystko, co musimy uwzględnić aby obliczyć na jakie ciśnienie jest narażony nurek? Moment, przecież nad nurkiem oprócz słupa wody znajduje się także powietrze. Nasze obliczenia uwzględniają natomiast jedynie ciśnienie wywierane przez wodę. Uzupełnimy je ale teraz zostawmy na chwilę naszego nurka i przenieśmy się na suchy ląd. Aby przyjrzeć się bliżej ciśnieniu atmosferycznemu. Powietrze choć dużo lżejsze od wody także ma swoją masę i jest przyciągane przez Ziemię. Gdyby tak nie było odleciałoby w przestrzeń kosmiczną. Im grubsza warstwa powietrza znajduje się nad naszymi głowami tym większe jest jego ciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne to to ciśnienie którym słup powietrza naciska na powierzchnię Ziemi. Nie jest to więc ciśnienie gdzieś wysoko tylko ciśnienie tuż nad powierzchnią naszej planety. Tu, gdzie atmosferyczny zbiornik ma swoje dno. Musimy jednak pamiętać o tym że powierzchnia Ziemi nie jest równa. Na szczycie góry, ciśnienie będzie niższe niż u jej podnóża bo nad szczytem warstwa powietrza jest cieńsza. Z tego powodu oddychanie w wysokich górach jest trudne. A podczas wysiłku związanego ze wspinaczką często konieczne okazuje się używanie masek tlenowych. Wiemy już czym jest ciśnienie atmosferyczne. Możemy opuścić górskie szczyty i zejść pod wodę w poszukiwaniu naszego nurka. Wiemy już, że znajduje się on pod słupem wody ale i pod słupem powietrza. Okazuje się, że ciśnienia wywierane przez oba te słupy po prostu się sumują. Wiemy już, że woda działa na nurka ciśnieniem 200 000 pascali. Dodatkowo na nurka działa także ciśnienie powietrza znajdującego się nad wodą. W dzisiejszej pogodzie pokazano że wynosi ono 998 hektopaskali. Trzeba te ciśnienia dodać ale aby to zrobić musimy ujednolicić jednostki. Przedrostek hekto oznacza 100. 998 hektopaskali to więc 998 razy 100 czyli 99 800 pascali. Dodajemy ciśnienia. 200 000 pascali dodać 99 800 pascali to 299 800 pascali czyli 2998 hektopaskali. I takie właśnie ciśnienie działa na naszego nurka. Widzimy więc, że to około 3 razy więcej niż ciśnienie do jakiego ciało jest przyzwyczajone na powierzchni. Na koniec ciekawostka. W połowie XVII wieku, znany francuski fizyk i matematyk Błażej Pascal przeprowadzał widowiskowe eksperymenty w których rozsadzał nawet najlepsze beczki za pomocą niewielkiej ilości wody. Podobno zakładał się o niemałe sumy że da radę każdej beczce byle dano mu odpowiednio długą rurkę i drabinę. I wygrywał. Jak wyglądał jego pokaz? Pascal umieszczał w zamkniętej beczce długą rurkę, wchodził na drabinę wlewał do rurki wodę i beczka pękała w drzazgi. Jak to możliwe? Przeanalizujmy eksperyment Pascala. Weźmy sporą beczkę o wysokości 1 metra i napełnimy ją wodą. Jak rozkłada się ciśnienie w tej beczce? Na powierzchni ciśnienie wywierane przez samą wodę wynosi zero. Na głębokości 0,5 metra czyli w połowie wysokości beczki ciśnienie jakie wywiera słup wody to 1000 razy 10 razy 0,5 czyli 5000 pascali. Na dnie beczki słup wody ma 2 razy większą wysokość, 1 metr. I wywiera ciśnienie 1000 razy 10 razy 1 czyli 10 000 pascali. Co się stanie, jeśli do beczki włożymy pionową rurkę o długości 12 metrów i średnicy wewnętrznej jednego centymetra a następnie napełnimy ją wodą? Do rurki o takich wymiarach zmieści się ledwie litr wody. Jak jednak zaraz zobaczysz ilość nie ma tu znaczenia. Liczy się tylko wysokość słupa. Zobaczmy, jak rozkłada się ciśnienie cieczy na całej wysokości rurki. 0,5 metra pod powierzchnią wody w rurce czyli na wysokości 11,5 metra ciśnienie wynosi tyle, ile wynosiło wcześniej w połowie wysokości beczki. Im niżej, tym ciśnienie większe. Na głębokości 12 metrów czyli w miejscu gdzie rurka łączy się z beczką to ciśnienie wynosi już 120 000 pascali. Dodając ciśnienie w rurce do ciśnienia które już wcześniej było w beczce otrzymujemy, że na dno tej beczki działa ciśnienie 130 000 pascali. Nie ma znaczenia, że rurka znajduje się tylko nad fragmentem powierzchni wody w beczce. Wydaje się to niewiarygodne ale tak właśnie działa ciśnienie hydrostatyczne. Zależy ono tylko od głębokości czy też wysokości słupa wody a nie od kształtu czy pojemności naczynia. Zaskakujące? Nie tylko dla Ciebie. Nie bez powodu naukowcy nazwali to zjawisko paradoksem hydrostatycznym zwanym też paradoksem Pascala. Choć to nie on odkrył je pierwszy. Więcej o Pascalu i jego odkryciach dowiesz się z innej lekcji tej playlisty. Ciśnienie jakie wywiera ciecz na danej głębokości można obliczyć ze wzoru pH równa się d razy g razy h. Gdzie d to gęstość cieczy g to przyspieszenie grawitacyjne a h wysokość słupa cieczy, czyli głębokość na jakiej obliczamy ciśnienie. Takie ciśnienie nazywamy hydrostatycznym. Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie jakie wywiera słup powietrza na powierzchnię Ziemi. Im grubsza warstwa powietrza tym to ciśnienie większe. Dlatego w górach jest ono niższe niż na nizinach. Na dzisiaj to już wszystko. Obejrzyj nasze pozostałe filmy z tej playlisty, a po więcej materiałów zajrzyj na naszą stronę pi-stacja.tv