Legile de bază ale propagării sunetului includ legile reflectării și refracției sale la granițele diferitelor medii, precum și difracția sunetului și împrăștierea acestuia în prezența obstacolelor și neomogenităților în mediu și la interfețele dintre medii.

Gama de propagare a sunetului este influențată de factorul de absorbție a sunetului, adică de tranziția ireversibilă a energiei undelor sonore în alte tipuri de energie, în special căldură. Un factor important este, de asemenea, direcția radiației și viteza de propagare a sunetului, care depinde de mediu și de starea lui specifică.

De la o sursă de sunet, undele acustice se propagă în toate direcțiile. Dacă o undă sonoră trece printr-o gaură relativ mică, atunci se răspândește în toate direcțiile și nu se deplasează într-un fascicul direcționat. De exemplu, sunetele străzii care pătrund printr-o fereastră deschisă într-o cameră se aud în toate punctele, și nu doar vizavi de fereastră.

Natura propagării undelor sonore în apropierea unui obstacol depinde de relația dintre dimensiunea obstacolului și lungimea de undă. Dacă dimensiunea obstacolului este mică în comparație cu lungimea de undă, atunci valul curge în jurul acestui obstacol, răspândindu-se în toate direcțiile.

Undele sonore, care pătrund dintr-un mediu în altul, se abat de la direcția lor inițială, adică sunt refractate. Unghiul de refracție poate fi mai mare sau mai mic decât unghiul de incidență. Depinde de ce mediu pătrunde sunetul în care. Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidență și invers.

Când întâlnești un obstacol pe drum, unde sonore sunt reflectate din el după o regulă strict definită - unghiul de reflexie egal cu unghiul cădere - conceptul de ecou este legat de aceasta. Dacă sunetul este reflectat de mai multe suprafețe la distanțe diferite, apar ecouri multiple.

Sunetul se deplasează sub forma unei unde sferice divergente care umple un volum din ce în ce mai mare. Pe măsură ce distanța crește, vibrațiile particulelor mediului se slăbesc și sunetul se disipează. Se știe că pentru a crește raza de transmisie, sunetul trebuie concentrat într-o direcție dată. Când vrem, de exemplu, să fim auziți, punem palmele la gură sau folosim un megafon.

Difracția, adică îndoirea razelor de sunet, are o mare influență asupra gamei de propagare a sunetului. Cu cât mediul este mai eterogen, cu atât fasciculul de sunet este mai îndoit și, în consecință, cu atât intervalul de propagare a sunetului este mai scurt.

Propagarea sunetului

Undele sonore pot călători în aer, gaze, lichide și solide. Valurile nu apar în spațiul fără aer. Acest lucru este ușor de verificat din experiență simplă. Dacă se pune un sonerie electrică sub un capac etanș din care a fost evacuat aerul, nu vom auzi niciun sunet. Dar de îndată ce capacul este umplut cu aer, apare un sunet.

Viteza de propagare a mișcărilor oscilatorii de la particulă la particulă depinde de mediu. În cele mai vechi timpuri, războinicii puneau urechile la pământ și astfel detectau cavaleria inamicului mult mai devreme decât părea la vedere. Iar celebrul om de știință Leonardo da Vinci scria în secolul al XV-lea: „Dacă tu, fiind pe mare, cobori orificiul unei țevi în apă și îi pui celălalt capăt la ureche, vei auzi foarte mult zgomotul corăbiilor. departe de tine.”

Viteza sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în secolul al XVII-lea de Academia de Științe din Milano. Pe unul dintre dealuri a fost instalat un tun, iar pe celălalt a fost amplasat un post de observare. Ora a fost înregistrată atât în ​​momentul fotografierii (prin bliț), cât și în momentul recepționării sunetului. Pe baza distanței dintre punctul de observație și pistol și a timpului de origine a semnalului, viteza de propagare a sunetului nu mai era greu de calculat. S-a dovedit a fi egal cu 330 de metri pe secundă.

Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1827 pe lacul Geneva. Cele două bărci erau situate la 13.847 de metri una de cealaltă. Pe primul, un clopot era atârnat sub fund, iar pe al doilea, un simplu hidrofon (corn) a fost coborât în ​​apă. Pe prima barcă, praful de pușcă a fost incendiat în același timp în care a fost bătut clopoțelul; pe a doua, observatorul a pornit cronometrul în momentul fulgerului și a început să aștepte sosirea semnalului sonor de la clopot. S-a dovedit că sunetul călătorește de peste 4 ori mai repede în apă decât în ​​aer, adică. cu o viteză de 1450 de metri pe secundă.

Viteza sunetului

Cu cât este mai mare elasticitatea mediului, cu atât viteza este mai mare: în cauciuc 50, în aer 330, în apă 1450 și în oțel - 5000 de metri pe secundă. Dacă noi, care ne aflam la Moscova, am putea striga atât de tare încât sunetul ar ajunge la Sankt Petersburg, atunci am fi auziți acolo abia după o jumătate de oră, iar dacă sunetul s-ar propaga pe aceeași distanță în oțel, atunci ar fi primit. în două minute.

Viteza de propagare a sunetului este influențată de starea aceluiași mediu. Când spunem că sunetul călătorește în apă cu o viteză de 1450 de metri pe secundă, asta nu înseamnă că în orice apă și în orice condiții. Odată cu creșterea temperaturii și a salinității apei, precum și cu creșterea adâncimii și, prin urmare, a presiunii hidrostatice, viteza sunetului crește. Sau să luăm oțel. Și aici, viteza sunetului depinde atât de temperatură, cât și de compoziția calitativă a oțelului: cu cât conține mai mult carbon, cu atât este mai dur și sunetul circulă mai repede în el.

Când întâlnesc un obstacol pe drum, undele sonore sunt reflectate de acesta într-un mod strict o anumită regulă: Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. Undele sonore care vin din aer vor fi aproape complet reflectate în sus de la suprafața apei, iar undele sonore care provin de la o sursă situată în apă vor fi reflectate în jos de pe aceasta.

Undele sonore, care pătrund dintr-un mediu în altul, se abat de la poziția lor inițială, adică refractat. Unghiul de refracție poate fi mai mare sau mai mic decât unghiul de incidență. Depinde în ce mediu pătrunde sunetul. Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mare decât în ​​primul, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidență și invers.

În aer, undele sonore se propagă sub forma unei unde sferice divergente, care umple un volum din ce în ce mai mare, pe măsură ce vibrațiile particulelor cauzate de sursele de sunet sunt transmise masei de aer. Cu toate acestea, pe măsură ce distanța crește, vibrațiile particulelor slăbesc. Se știe că pentru a crește raza de transmisie, sunetul trebuie concentrat într-o direcție dată. Când vrem să fim auziți mai bine, punem palmele la gură sau folosim un megafon. În acest caz, sunetul va fi mai puțin atenuat, iar undele sonore vor călători mai departe.

Pe măsură ce grosimea peretelui crește, localizarea sunetului la frecvențele medii joase crește, dar rezonanța coincidență „insidioasă”, care provoacă strangularea locației sunetului, începe să se manifeste la frecvențe mai joase și acoperă o zonă mai largă.

Știm că sunetul călătorește prin aer. De aceea putem auzi. Niciun sunet nu poate exista în vid. Dar dacă sunetul este transmis prin aer, datorită interacțiunii particulelor sale, nu va fi transmis și de alte substanțe? Voi.

Propagarea și viteza sunetului în diferite medii

Sunetul nu este transmis doar prin aer. Probabil că toată lumea știe că dacă pui urechea la perete, poți auzi conversații în camera alăturată. ÎN în acest caz, sunetul este transmis de perete. Sunetele circulă în apă și în alte medii. În plus, propagarea sunetului are loc diferit în diferite medii. Viteza sunetului variază in functie de substanta.

Este curios că viteza sunetului în apă este de aproape patru ori mai mare decât în ​​aer. Adică, peștii aud „mai repede” decât noi. În metale și sticlă, sunetul circulă și mai repede. Acest lucru se datorează faptului că sunetul este o vibrație a unui mediu, iar undele sonore se deplasează mai repede în medii mai bune conductoare.

Densitatea și conductivitatea apei este mai mare decât cea a aerului, dar mai mică decât cea a metalului. În consecință, sunetul este transmis diferit. Când treceți de la un mediu la altul, viteza sunetului se schimbă.

Lungimea undei sonore se modifică, de asemenea, pe măsură ce trece de la un mediu la altul. Doar frecvența sa rămâne aceeași. Dar tocmai acesta este motivul pentru care putem discerne cine anume vorbește chiar și prin pereți.

Deoarece sunetul este vibrații, toate legile și formulele pentru vibrații și unde sunt bine aplicabile vibrațiilor sonore. Atunci când se calculează viteza sunetului în aer, trebuie să se țină cont și de faptul că această viteză depinde de temperatura aerului. Pe măsură ce temperatura crește, viteza de propagare a sunetului crește. La conditii normale viteza sunetului în aer este de 340.344 m/s.

Unde sonore

Undele sonore, așa cum se știe din fizică, se propagă în medii elastice. Acesta este motivul pentru care sunetele sunt bine transmise de către pământ. Așezându-vă urechea la pământ, puteți auzi zgomotul pașilor, zgomotul copitelor și așa mai departe de la distanță.

În copilărie, probabil toată lumea s-a distrat punând urechea la șine. Sunetul roților trenului este transmis de-a lungul șinelor pe câțiva kilometri. Pentru a crea efectul de absorbție inversă a sunetului, sunt utilizate materiale moi și poroase.

De exemplu, pentru a proteja o cameră de sunete străine, sau, dimpotrivă, pentru a preveni scăparea sunetelor din cameră în exterior, camera este tratată și izolată fonic. Peretii, podeaua si tavanul sunt acoperite cu materiale speciale pe baza de polimeri spumati. Într-o astfel de tapițerie toate sunetele dispar foarte repede.

Dacă o undă sonoră nu întâlnește obstacole în calea sa, se propagă uniform în toate direcțiile. Dar nu orice obstacol devine o barieră pentru ea.

După ce a întâlnit un obstacol în calea sa, sunetul se poate îndoi în jurul lui, poate fi reflectat, refractat sau absorbit.

Difracția sunetului

Putem vorbi cu o persoană care stă la colțul unei clădiri, în spatele unui copac sau în spatele unui gard, deși nu-l putem vedea. Îl auzim pentru că sunetul este capabil să se îndoaie în jurul acestor obiecte și să pătrundă în zona din spatele lor.

Se numește capacitatea unui val de a se îndoi în jurul unui obstacol difracţie .

Difracția are loc atunci când lungimea de undă a sunetului depășește dimensiunea obstacolului. Undele sonore de joasă frecvență sunt destul de lungi. De exemplu, la o frecvență de 100 Hz este egală cu 3,37 m. Pe măsură ce frecvența scade, lungimea devine și mai mare. Prin urmare, o undă sonoră se îndoaie cu ușurință în jurul unor obiecte comparabile cu ea. Copacii din parc nu interferează deloc cu auzul nostru de sunet, deoarece diametrele trunchiurilor lor sunt mult mai mici decât lungimea undei sonore.

Datorită difracției, undele sonore pătrund prin fisurile și găurile unui obstacol și se propagă în spatele lor.

Să plasăm un ecran plat cu o gaură în calea undei sonore.

În cazul în care lungimea de undă a sunetului ƛ mult mai mare decât diametrul găurii D , sau aceste valori sunt aproximativ egale, atunci în spatele găurii sunetul va ajunge în toate punctele din zona care se află în spatele ecranului (zona de umbră a sunetului). Partea frontală a undei de ieșire va arăta ca o emisferă.

Dacă ƛ este doar puțin mai mică decât diametrul fantei, apoi partea principală a undei se propagă drept și Mică parte diverge usor in lateral. Și în cazul când ƛ mult mai putin D , întregul val va merge în direcția înainte.

Reflexia sunetului

Dacă o undă sonoră lovește interfața dintre două medii, sunt posibile opțiuni diferite pentru propagarea sa ulterioară. Sunetul poate fi reflectat de la interfață, se poate muta pe un alt mediu fără a schimba direcția sau poate fi refractat, adică se mișcă, schimbându-și direcția.

Să presupunem că apare un obstacol pe calea unei unde sonore, a cărei dimensiune este mult mai mare decât lungimea de undă, de exemplu, o stâncă abruptă. Cum se va comporta sunetul? Deoarece nu poate ocoli acest obstacol, se va reflecta din el. În spatele obstacolului se află zona de umbră acustică .

Sunetul reflectat de un obstacol este numit ecou .

Natura reflectării undei sonore poate fi diferită. Depinde de forma suprafeței reflectorizante.

Reflecţie numită schimbare a direcției undei sonore la interfața dintre două medii diferite. Când este reflectată, unda revine la mediul din care a provenit.

Dacă suprafața este plană, sunetul este reflectat de ea în același mod în care o rază de lumină este reflectată într-o oglindă.

Razele sonore reflectate de o suprafață concavă sunt focalizate într-un punct.

Suprafața convexă disipează sunetul.

Efectul dispersiei este dat de coloane convexe, muluri mari, candelabre etc.

Sunetul nu trece de la un mediu la altul, ci este reflectat de el dacă densitățile mediilor diferă semnificativ. Astfel, sunetul care apare în apă nu se transferă în aer. Reflectat de interfață, rămâne în apă. O persoană care stă pe malul râului nu va auzi acest sunet. Acest lucru se explică prin diferența mare a impedanțelor de undă ale apei și aerului. În acustică, impedanța undei este egală cu produsul dintre densitatea mediului și viteza sunetului în acesta. Deoarece rezistența la valuri a gazelor este semnificativ mai mică decât rezistența la valuri a lichidelor și solidelor, atunci când o undă sonoră lovește limita aerului și apei, este reflectată.

Peștii din apă nu aud sunetul care apare deasupra suprafeței apei, dar pot distinge clar sunetul, a cărui sursă este un corp care vibrează în apă.

Refracția sunetului

Se numește schimbarea direcției de propagare a sunetului refracţie . Acest fenomen apare atunci când sunetul călătorește dintr-un mediu în altul, iar viteza lui de propagare în aceste medii este diferită.

Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de reflexie este egal cu raportul vitezelor de propagare a sunetului în medii.

Unde i - unghiu de incidenta,

r -unghiul de reflexie,

v 1 – viteza de propagare a sunetului în primul mediu,

v 2 – viteza de propagare a sunetului în al doilea mediu,

n – indicele de refracție.

Refracția sunetului se numește refracţie .

Dacă o undă sonoră nu cade perpendicular pe suprafață, ci sub un unghi diferit de 90°, atunci unda refractată se va abate de la direcția undei incidente.

Refracția sunetului poate fi observată nu numai la interfața dintre medii. Undele sonore își pot schimba direcția într-un mediu eterogen - atmosfera, oceanul.

În atmosferă, refracția este cauzată de modificările temperaturii aerului, vitezei și direcției de mișcare a maselor de aer. Și în ocean apare datorită eterogenității proprietăților apei - presiune hidrostatică diferită la adâncimi diferite, temperaturi diferite și salinitate diferită.

Absorbția sunetului

Când o undă sonoră întâlnește o suprafață, o parte din energia acesteia este absorbită. Și câtă energie poate absorbi un mediu poate fi determinată cunoscând coeficientul de absorbție a sunetului. Acest coeficient arată cât de mult din energia vibrațiilor sonore este absorbită de 1 m2 de obstacol. Are o valoare de la 0 la 1.

Unitatea de măsură pentru absorbția sunetului se numește sabin . Și-a primit numele de la fizicianul american Wallace Clement Sabin, fondatorul acusticii arhitecturale. 1 sabin este energia care este absorbită de 1 m 2 de suprafață, al cărei coeficient de absorbție este 1. Adică o astfel de suprafață trebuie să absoarbă absolut toată energia undei sonore.

Reverberaţie

Wallace Sabin

Proprietatea materialelor de a absorbi sunetul este utilizată pe scară largă în arhitectură. În timp ce studia acustica sălii de curs, parte a Muzeului Fogg, Wallace Clement Sabin a concluzionat că există o relație între dimensiunea sălii, condițiile acustice, tipul și suprafața materialelor fonoabsorbante și timpul de reverberație .

Reverberaţie numiți procesul de reflectare a unei unde sonore din obstacole și atenuarea sa treptată după oprirea sursei de sunet. Într-un spațiu închis, sunetul poate fi reflectat în mod repetat de pe pereți și obiecte. Ca urmare, apar diverse semnale de ecou, ​​fiecare dintre acestea sună ca și cum ar fi separat. Acest efect se numește efect de reverberație .

Cea mai importantă caracteristică a camerei este timpul de reverberație , pe care Sabin a intrat și a calculat.

Unde V - volumul camerei,

A – absorbția generală a sunetului.

Unde un i – coeficientul de absorbție acustică a materialului,

S i - suprafața fiecărei suprafețe.

Dacă timpul de reverberație este lung, sunetele par să „rătăcească” prin sală. Se suprapun unul pe altul, îneacă sursa principală de sunet, iar sala devine în plină expansiune. Cu un timp scurt de reverberație, pereții absorb rapid sunetele și devin plictisiți. Prin urmare, fiecare cameră trebuie să aibă propriul calcul exact.

Pe baza calculelor sale, Sabin a aranjat materialele fonoabsorbante în așa fel încât „efectul de ecou” să fie redus. Iar Boston Symphony Hall, la crearea căreia a fost consultant acustic, este încă considerată una dintre cele mai bune săli din lume.

Sunetul circulă prin undele sonore. Aceste valuri trec nu numai prin gaze și lichide, ci și prin solide. Acțiunea oricăror unde constă în principal în transferul de energie. În cazul sunetului, transferul ia forma unor mișcări minute la nivel molecular.

În gaze și lichide, o undă sonoră mișcă moleculele în direcția mișcării sale, adică în direcția lungimii de undă. În solide vibratii sonore moleculele pot apărea și în direcția perpendiculară pe undă.

Undele sonore se deplasează de la sursele lor în toate direcțiile, așa cum se arată în imaginea din dreapta, care arată un clopot de metal care se ciocnește periodic cu limba. Aceste ciocniri mecanice fac ca soneria să vibreze. Energia vibrațiilor este transmisă moleculelor din aerul din jur, iar acestea sunt împinse departe de clopot. Ca urmare, presiunea crește în stratul de aer adiacent clopotului, care apoi se răspândește în valuri în toate direcțiile de la sursă.

Viteza sunetului este independentă de volum sau ton. Toate sunetele de la un radio dintr-o cameră, fie că sunt puternice sau moale, înalte sau joase, ajung la ascultător în același timp.

Viteza sunetului depinde de tipul de mediu în care se deplasează și de temperatura acestuia. În gaze, undele sonore se deplasează lent, deoarece structura lor moleculară rarefiată oferă o rezistență redusă la compresie. În lichide viteza sunetului crește, iar în solide devine și mai rapidă, așa cum se arată în diagrama de mai jos, în metri pe secundă (m/s).

Calea undelor

Undele sonore se deplasează prin aer într-un mod similar cu cel prezentat în diagramele din dreapta. Fronturile de undă se deplasează de la sursă la o anumită distanță unele de altele, determinată de frecvența vibrațiilor clopotului. Frecvența unei unde sonore este determinată prin numărarea numărului de fronturi de undă care trec printr-un punct dat pe unitatea de timp.

Frontul undei sonore se îndepărtează de clopotul care vibra.

În aerul încălzit uniform, sunetul circulă cu o viteză constantă.

Al doilea front îl urmează pe primul la o distanță egală cu lungimea de undă.

Intensitatea sunetului este cea mai mare aproape de sursă.

Reprezentare grafică a unui val invizibil

Sunete de adâncime

Un fascicul sonar de unde sonore trece cu ușurință prin apa oceanului. Principiul sonarului se bazează pe faptul că undele sonore sunt reflectate de pe fundul oceanului; Acest dispozitiv este de obicei folosit pentru a determina caracteristicile terenului subacvatic.

Solide elastice

Sunetul circulă într-o farfurie de lemn. Moleculele majorității solidelor sunt legate într-o rețea spațială elastică, care este slab comprimată și în același timp accelerează trecerea undelor sonore.

Sunetul în apă este absorbit de sute de ori mai puțin decât în ​​aer. Cu toate acestea, audibilitatea în mediu acvatic mult mai rău decât în ​​atmosferă. Acest lucru se explică prin particularitățile percepției umane a sunetului. În aer, sunetul este perceput în două moduri: transmiterea vibrațiilor aerului către timpanele urechilor (conducția aerului) și așa-numita conducere osoasă, când vibrațiile sonore sunt percepute și transmise aparatului auditiv de către oasele craniu.

În funcție de tipul de echipament de scufundare, scafandrul percepe sunetul în apă cu o predominanță fie a conducerii aerului, fie a osoasă. Prezența unei căști volumetrice umplute cu aer vă permite să percepeți sunetul prin conducerea aerului. Cu toate acestea, o pierdere semnificativă a energiei sonore este inevitabilă ca urmare a reflectării sunetului de pe suprafața căștii.

La coborârea fără echipament sau în echipament cu cască strânsă, predomină conducerea osoasă.

O caracteristică a percepției sunetului sub apă este, de asemenea, pierderea capacității de a determina direcția sursei de sunet. Acest lucru se datorează faptului că organele auzului uman sunt adaptate la viteza sunetului în aer și determină direcția sursei de sunet datorită diferenței de timp de sosire a semnalului sonor și a nivelului relativ de presiune sonoră perceput de către fiecare ureche. Mulțumită dispozitivului pavilionul urechii o persoană în aer este capabilă să determine unde se află sursa de sunet - în față sau în spate, chiar și cu o ureche. În apă, totul se întâmplă diferit. Viteza de propagare a sunetului în apă este de 4,5 ori mai mare decât în ​​aer. Prin urmare, diferența de timp de recepție a semnalului sonor de către fiecare ureche devine atât de mică încât devine aproape imposibil să se determine direcția sursei de sunet.

Atunci când utilizați o cască dură ca parte a echipamentului, posibilitatea de a determina direcția sursei de sunet este complet exclusă.

Efectele biologice ale gazelor asupra corpului uman

Problema efectelor biologice ale gazelor nu a fost pusă întâmplător și se datorează faptului că procesele de schimb de gaze în timpul respirației umane în condiții normale și așa-numitele condiții hiperbare (adică sub tensiune arterială crescută) sunt semnificativ diferite.

Se știe că aerul atmosferic obișnuit pe care îl respirăm este impropriu pentru a fi respirat de piloți în zborurile la mare altitudine. De asemenea, găsește o utilizare limitată în respirația scafandrilor. La coborârea la adâncimi mai mari de 60 m, se înlocuiește cu amestecuri speciale de gaze.

Să luăm în considerare proprietățile de bază ale gazelor, care, ca în formă pură, și în amestec cu altele, sunt folosite pentru respirația scafandrilor.

Compoziția aerului este un amestec de diferite gaze. Principalele componente ale aerului sunt: ​​oxigen - 20,9%, azot - 78,1%, dioxid de carbon - 0,03%. În plus, aerul conține cantități mici de argon, hidrogen, heliu, neon și vapori de apă.

Gazele care alcătuiesc atmosfera, în funcție de efectul lor asupra corpului uman, pot fi împărțite în trei grupe: oxigen - este consumat în mod constant pentru „menținerea tuturor proceselor de viață; azot, heliu, argon etc. - nu participă la gaze. schimb; dioxid de carbon - la concentrații crescute pentru dăunătoare organismului.

Oxigen(O2) este un gaz incolor, insipid și inodor, cu o densitate de 1,43 kg/m3. Este de cea mai mare importanță pentru oameni ca participant la toate procesele oxidative din organism. În timpul procesului de respirație, oxigenul din plămâni se combină cu hemoglobina din sânge și este distribuit în întregul corp, unde este consumat continuu de celule și țesuturi. O întrerupere a aprovizionării sau chiar o scădere a aprovizionării sale către țesuturi cauzează lipsa de oxigen, însoțită de pierderea cunoștinței, iar în cazurile severe - încetarea activității vitale. Această condiție poate apărea atunci când conținutul de oxigen din aerul inspirat scade în timpul presiune normală sub 18,5%. Pe de altă parte, atunci când conținutul de oxigen din amestecul inhalat crește sau când se respiră sub presiune care depășește limita admisă, oxigenul prezintă proprietăți toxice - apare otrăvirea cu oxigen.

Azot(N) - gaz incolor, inodor și fără gust, cu o densitate de 1,25 kg/m3, este partea principală aerul atmosferic după volum și masă. ÎN Condiții normale neutru din punct de vedere fiziologic, nu participă la metabolism. Cu toate acestea, pe măsură ce presiunea crește odată cu creșterea adâncimii de scufundare a scafandrului, azotul încetează să fie neutru și la adâncimi de 60 de metri sau mai mult prezintă proprietăți narcotice pronunțate.

Dioxid de carbon(CO2) este un gaz incolor cu gust acid. Este de 1,5 ori mai greu decât aerul (densitate 1,98 kg/m3) și, prin urmare, se poate acumula în părțile inferioare ale încăperilor închise și slab ventilate.

Dioxidul de carbon se formează în țesuturi ca produs final al proceselor oxidative. O anumită cantitate din acest gaz este întotdeauna prezentă în organism și este implicată în reglarea respirației, iar excesul este transportat de sânge la plămâni și îndepărtat cu aerul expirat. Cantitatea excretată de o persoană dioxid de carbon depinde în principal de grad activitate fizicași starea funcțională a organismului. Odată cu respirația frecventă, profundă (hiperventilație), conținutul de dioxid de carbon din organism scade, ceea ce poate duce la stop respirator (apnee) și chiar pierderea conștienței. Pe de altă parte, o creștere a conținutului său în amestecul respirator dincolo de nivelul permis duce la otrăvire.

Dintre celelalte gaze care alcătuiesc aerul, cel mai folosit de scafandri este heliu(Nu). Este un gaz inert, inodor și fără gust. Având o densitate scăzută (aproximativ 0,18 kg/m3) și o capacitate semnificativ mai mică de a provoca efecte narcotice atunci când presiuni mari, este utilizat pe scară largă ca înlocuitor de azot pentru prepararea amestecurilor de respirație artificială în timpul coborârilor la adâncimi mari.

Cu toate acestea, utilizarea heliului în amestecurile respiratorii duce la alte fenomene nedorite. Conductivitatea sa termică ridicată și, prin urmare, transferul crescut de căldură din corp, necesită protecție termică sporită sau încălzire activă a scafandrilor.

Presiunea aerului. Se știe că atmosfera care ne înconjoară are masă și exercită presiune asupra suprafeței pământului și asupra tuturor obiectelor aflate pe acesta. Presiunea atmosferică măsurată la nivelul mării este echilibrată în tuburi cu secțiunea transversală de G cm2 de o coloană de mercur înălțime de 760 mm sau apă înălțime de 10,33 m. Dacă se cântărește acest mercur sau apă, masa lor va fi egală cu 1,033 kg. Aceasta înseamnă că „presiunea atmosferică normală este de 1,033 kgf/cm2, ceea ce în sistemul SI este echivalent cu 103,3 kPa *.(* În sistemul SI, unitatea de presiune este pascal (Pa). Dacă este necesară conversia, următoarele rapoarte se folosesc: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0,1 MPa.).

Cu toate acestea, în practica calculelor de scufundare, este incomod să folosiți unități de măsură atât de precise. Prin urmare, unitatea de măsură a presiunii este considerată o presiune egală numeric cu 1 kgf/cm2, care se numește atmosfera tehnică (at). O atmosferă tehnică corespunde unei presiuni de 10 m a coloanei de apă.

Când presiunea aerului crește, acesta este ușor comprimat, reducându-și volumul proporțional cu presiunea. Presiunea aerului comprimat este măsurată cu manometre, care indică suprapresiune , adică presiunea peste cea atmosferică. Unitatea de exces de presiune este desemnată ati. Se numește suma excesului și a presiunii atmosferice presiune absolută(la o).

În condiții pământești normale, aerul apasă uniform pe o persoană din toate părțile. Având în vedere că suprafața corpului uman este în medie de 1,7-1,8 m2, forța de presiune a aerului exercitată asupra acestuia este de 17-18 mii kgf (17-18 tf). Cu toate acestea, o persoană nu simte această presiune, deoarece 70% din corpul său este format din lichide practic incompresibile, iar în cavitățile interne - plămânii, urechea medie etc. - este echilibrată de contrapresiunea aerului situat acolo și care comunică. cu atmosfera.

Când este scufundată în apă, o persoană este expusă unei presiuni excesive de la o coloană de apă deasupra sa, care crește cu 1 ati la fiecare 10 m. O schimbare a presiunii poate provoca senzații dureroaseși compresie, pentru a preveni ca scafandru să fie alimentat cu aer respirabil la o presiune egală cu presiunea absolută a mediului.

Deoarece scafandrii trebuie să facă față cu aer comprimat sau amestecuri de gaze, este oportun să reamintim legile de bază pe care le respectă și să furnizeze câteva formule necesare calculelor practice.

Aerul, ca și alte gaze reale și amestecuri de gaze, într-o anumită aproximare, se supune unor legi fizice care sunt absolut valabile pentru gazele ideale.

ECHIPAMENT PENTRU SCUFUNDĂRI

Echipamentul de scufundare este un set de dispozitive și produse purtate de un scafandru pentru a asigura viața și munca în mediul acvatic pentru o anumită perioadă de timp.

Echipamentul de scufundare este adecvat scopului dacă poate oferi:

respirația umană atunci când efectuează lucrări sub apă;

izolare şi protectie termala de la expunere apă rece;

mobilitate suficientă și poziție stabilă sub apă;

siguranța în timpul scufundării, suprafeței și în timpul lucrului;

conexiune fiabilă cu suprafața.

În funcție de sarcinile de rezolvat, echipamentul de scufundări este împărțit:

după adâncimea de utilizare - pentru echipamente pentru adâncimi mici (medii) și de adâncime;

conform metodei de furnizare a unui amestec de gaz respirabil - autonom și furtun;

dupa metoda de protectie termica - pentru echipamente cu protectie termica pasiva, incalzite electric si cu apa;

conform metodei de izolare - pentru echipamentele cu costume de neopină rezistente la apă de tip „uscat” și cele permeabile de tip „umed”.

Cea mai completă înțelegere a caracteristicilor funcționale ale funcționării echipamentului de scufundare este dată de clasificarea acestuia în funcție de metoda de menținere a compoziției amestecului de gaze necesar respirației. Iata echipamentele:

ventilat;

cu un model de respirație deschis;

cu un model de respirație semi-închis;

cu un model de respirație închis.