Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Duikfysica Niveau 3 * - duiker © 2004 - V1.01 Skip intro >> Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Nota aan de lesgevers Er bestaan 2 types presentaties : Type 1 : Basispakket Dit type dient als basis voor een les die u zelf uitwerkt. Het is dus niet geschikt om zo te gebruiken als les. Type 2 : Lesvoorbereiding Dit type is een volledig uitgewerkte les die als dusdaning gegeven kan worden (inclusief oefeningen, lesplan, …) U kan : slides kiezen de volgorde veranderen alle aanpassingen doen die noodzakelijk zijn voor uw les aan de lesvoorbereidingen mag u elementen van een bestaand basispakket toevoegen Wat u NIET mag doen nieuwe lesstof toevoegen. De presentatie bevat de volledige stof op een bepaald niveau en mag zeker niet verzwaard worden. Erg belangrijk : de presentatie bepaalt dus welke stof op een bepaald niveau gegeven mag worden. de infomap bepaalt welke stof gegeven moet worden. Mogen we u vragen om de lessen die u met deze presentatie gemaakt hebt, samen met het lesmateriaal (lesplan, oefeningen, …) op te sturen naar edit@nelos.be, zodat we ze kunnen hergebruiken als lesmateriaal Inhoudelijke opmerkingen rond de presentatie kan u sturen naar cursus@nelos.be (met vermelding van het document nummer), zodat we de nodige rechtzettingen kunnen doen Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Goed om te weten Dit is een lesvoorbereiding. Stuurgroep : Fysica Verantwoordelijke : Coene Johan Redactieteam : Hubert Ivo Moens Geert Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Legende Blauw : Zeker te onthouden De animaties verschijnen niet of staan ondersteboven : Installeer Macromedia Flash Player Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Druk Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Definitie Druk = een kracht (gewicht) uitgeoefend op een oppervlakte. De eenheid van druk is Pa (Pascal). Als afgeleide eenheid gebruiken wij bar 1 bar = 1.000 mbar = 100.000 Pa Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Luchtdruk Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Proef van Torricelli Luchtdruk = Druk v.d. kwikkolom = 1,014 bar (Proef op zeeniveau bij 15°C) Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Grootte van de luchtdruk Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Grootte van de luchtdruk Uit de meteorologie : = 1.014 hPa (hectoPascal) = 101.400 Pa = 1.014 mbar (millibar) = 1,014 bar Wij nemen aan dat de luchtdruk op zeeniveau gelijk is aan 1 bar Atmosferische druk = Luchtdruk = 1 bar Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Invloed van de hoogte Tot 5.000 m hoogte neemt de luchtdruk ongeveer lineair met 0,1 bar per 1.000 m af. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Waterdruk Elke 10 m diepte neemt de druk met 1 bar toe. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Waterdruk op diepte Relatieve druk = Waterdruk = Hydrostatische druk diepte (m) vuistregel : waterdruk op diepte (bar) : 10 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Berekeningsvoorbeeld Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Berekeningsvoorbeeld Diepte (m) Relatieve druk (bar) 10 15 20 25 29 1 1,5 2 2,5 2,9 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Absolute druk Aan de oppervlakte heerst de atmosferische druk (= luchtdruk). In het water heerst de waterdruk (= hydrostatische = relatieve druk). Absolute druk = Atmosferische druk + Relatieve druk Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Berekeningsvoorbeeld Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Berekeningsvoorbeeld Diepte (m) Relatieve druk (bar) Atmosferische druk (bar) Absolute druk 10 15 20 25 29 1 1 2 1,5 1 2,5 2 1 3 2,5 1 3,5 2,9 1 3,9 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Absolute druk - vuistregel : Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Absolute druk - vuistregel : Diepte (m) Druk op diepte (bar) : + 1 10 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Diepte - vuistregel : Diepte (m) : ( Druk op diepte (bar) – 1 ) * 10 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Absolute druk Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Wet van Pascal Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Proef Gassen zijn samendrukbaar, vloeistoffen niet. Fysica - 3*Duiker

Proef De druk plant zich voort in alle richtingen. Fysica - 3*Duiker

Proef De druk plant zich voort met dezelfde grootte. Fysica - 3*Duiker

uitgeoefend op een deel van een vloeistof, Wet van Pascal Wet van Pascal Een druk, uitgeoefend op een deel van een vloeistof, plant zich in alle richtingen voort met dezelfde grootte Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Gevolgen De druk onder water werkt langs alle kanten op een duiker in. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Gevolgen De Wet van Pascal geldt ook voor gassen. Fysica - 3*Duiker

Wet van Boyle-Mariotte Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Wet van Boyle-Mariotte Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Proef Een luchtvolume welk ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Wet van Boyle-Mariotte Bij constante temperatuur is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met de druk p * V = constant Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Wet van Boyle-Mariotte Of nog : Wet van Boyle-Mariotte Bij constante temperatuur is het produkt van druk en volume van een bepaalde hoeveelheid gas constant p * V = constant Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Dalen van een gesloten gasvolume Een soepel, luchtgevuld voorwerp wordt door de druk vervormd. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Stijgen van een open gasvolume De uitzettende lucht kan ontsnappen bij het stijgen. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Stijgen van een gesloten gasvolume De uitzettende lucht kan niet ontsnappen tijdens het stijgen. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Stijgen zonder uitademen De uitzettende lucht kan niet ontsnappen tijdens het stijgen : LONGOVERDRUK Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Longoverdruk Voorkomen van een LONGOVERDRUK : - Traag stijgen - Voldoende UITADEMEN tijdens het stijgen Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Eenheid van gashoeveelheid De constante bepaald in de wet van Boyle-Mariotte wordt verkregen door de druk (p) met het volume (V) te vermenigvuldigen. We verkrijgen voor deze gashoeveelheid een nieuwe eenheid : p * V = constant bar * liter = barl (barliter) Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Voorbeeld : de duikfles Veronderstel een fles met een inhoud van 12 l gevuld aan een druk van 200 bar. Vermenigvuldigen we beide waarden dan bekomen we een constante van : p * V = 200 (bar) * 12 (l) = 2.400 barl Deze waarde is een maat voor de beschikbare luchthoeveelheid. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Wet van Archimedes Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Proef Het voorwerp neemt de plaats in van het water en wordt schijnbaar lichter. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Proef Het verschil tussen het werkelijke gewicht en het schijnbaar gewicht noemen we de opwaartse stuwkracht. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Wet van Archimedes Wet van Archimedes Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Gelijke volumes Het drijfvermogen is afhankelijk van het gewicht. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Gelijk gewicht Het drijfvermogen is ook afhankelijk van het volume Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Toestanden Zinken : Werkelijk gewicht > opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is negatief) Stijgen : Werkelijk gewicht < opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is positief) Zweven : Werkelijk gewicht = opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is nul) Drijven : Zweven aan de oppervlakte Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Praktisch Uittrimmen door : Aanpassing gewicht : Lood bijvoegen Afwerpen in geval van nood Aanpassing volume : Trimvest opblazen/leeglaten Ademhaling Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Dichtheid Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Dichtheid Gelijke volumes van verschillende stoffen hebben een verschillende massa. De dichtheid van een stof is zijn massa gedeeld door zijn volume. massa m Dichtheid = = (kg/dm³) volume v Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Dichtheid van water De dichtheid van zout water is groter door de opgeloste mineralen en afhankelijk van de geografische ligging. In onze wateren kunnen we stellen : Dichtheid (r) van zoet water = 1 kg/dm³ Dichtheid (r) van zout water = 1,025 kg/dm³ Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Uitloden Een belangrijk gevolg van het verschil in dichtheid tussen zoet en zout water is het aanpassen van het lood om de duiker uit te trimmen. In zout water : - wordt een zwaardere vloeistof “verplaatst” - is de opwaartse kracht groter Om uit te trimmen moet meer lood toegevoegd worden dan in zoet water (praktisch : 2 à 3 kg). Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Dichtheid van de lucht Zoals elke stof hebben ook gassen een massa. De massa van 1 m3 lucht gelijk aan 1,29 kg (Bij atmosferische druk en 0°C) . Dichtheid (r) van lucht = 1,29 kg/m3 = 1,29 g/l Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Berekenen van het luchtverbruik Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie © 2004 - V1.01 Berekenen van het luchtverbruik Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

De beschikbare lucht Afhankelijk van : De inhoud van de fles De flesdruk Voorbeeld : Inhoud : 15 l Druk : 180 bar Beschikbare luchthoeveelheid : = 15 l * 180 bar = 2700 barl Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

De veiligheidsmarge We nemen steeds een reserve-hoeveelheid lucht overeenkomstig met een druk van 50 bar Voorbeeld : Inhoud : 15 l Druk : 50 bar Reserve luchthoeveelheid : = 15 l * 50 bar = 750 barl Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Luchtverbruik op verschillende dieptes Onder normale omstandigheden is het gemiddeld luchtverbruik aan de oppervlakte 20 l/min. Onder druk hebben echter we een grotere hoeveelheid lucht nodig om onze longen te vullen (Wet van Boyle-Mariotte) : Luchtverbruik op diepte (barl/min) = 20 (l/min) (verbruik aan de oppervlakte) * druk(bar) Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Berekening van het luchtverbruik De afdaling + bodemtijd : Duiktijd Druk op de maximale diepte De stijging : Stijgtijd van maximale diepte tot de oppervlakte aan 10 m/min Druk op de maximale diepte Voor elke trap : Traptijd Druk op trapdiepte Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Berekeningvoorbeeld Duik van 20 min op een diepte van 45 m met een fles van 2 x 10 l - 200 bar - Beschikbare luchthoeveelheid : (2 x 10 l ) * 200 bar = 4.000 barl - Veiligheidsmarge : (2 x 10 l ) * 50 bar = - 1.000 barl Praktisch ter beschikking : 3.000 barl Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Berekeningvoorbeeld Duik van 20 min op een diepte van 45 m met een fles van 2 x 10 l - 200 bar - Verbruik op diepte : (5,5 bar * 20 l/min) * 20 min = 2.200 barl - Verbruik tijdens het stijgen : (5,5 bar * 20 l/min) * 4,5 min = 495 barl - Verbruik tijdens trap –6 m : (1,6 bar * 20 l/min) * 2 min = 64 barl - Verbruik tijdens trap –3 m : (1,3 bar * 20 l/min) * 7 min = 182 barl Totaal luchtverbruik : 2.941 barl Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Berekeningvoorbeeld Duik van 20 min op een diepte van 45 m met een fles van 2 x 10 l - 200 bar - Beschikbare luchthoeveelheid : 4.000 barl - 2.941 barl - Totaal luchtverbruik : Restlucht in de duikfles : 1.059 barl Restdruk in de duikfles : 1.059 barl / (2 x 10 l) = 53 bar Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Wet van Dalton Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Samenstelling van de lucht Lucht is een mengsel van verschillende gassen : Gas Formule Hoeveelheid (%) Stikstof N 2 79,00 Zuurstof O 20,97 Koolstofdioxide CO 0,03 Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Vereenvoudigde luchtsamenstelling Voor berekeningen in de duiksport gebruiken we de vereenvoudigde luchtsamenstelling : Stikstof N2 80 % Zuurstof O2 20 % Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Gasmengsels Indien we uit een luchtgevulde ruimte het gedeelte stikstof (of zuurstof) zouden verwijderen, zal de druk in dezelfde verhouding verminderen. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Partiële druk De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we de partiële druk (pp). Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Wet van Dalton 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. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Totale druk (bar) * % gas Berekeningswijze Voor elk gas in het mengsel geldt : Partiële druk (bar) = Totale druk (bar) * % gas Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Berekeningswijze Als geheugensteuntje kunnen we gebruik maken van de rekendriehoek : Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Wet van Henry Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Wet 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. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Wet van Henry Wet van Henry Bij constante temperatuur   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. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Invloedsfactoren Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren : Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Begrip ‘spanning’ 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. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Verzadiging Er is evenwicht tussen het opgeloste gas en het vrije gas. Er gebeurt geen uitwisseling meer. De vloeistof is in een toestand van verzadiging. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Onderverzadiging Als de uitwendige druk stijgt vergroot de hoeveelheid beschikbaar gas en gaat de vloeistof gas oplossen. Er kan nog steeds gas oplossen : de vloeistof is in een toestand van onderverzadiging. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Oververzadiging We verminderen de druk van het vrije gas. Het opgeloste gas gaat uit de vloeistof treden om de evenwichtstoestand te herstellen. De vloeistof gaat ontgassen en bevindt zich in een toestand van oververzadiging. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Belvorming Als het ontgassen te snel verloopt door een sterk teruglopende druk heeft men het risico tot belvorming. Een voorbeeld is het openen van een fles bruisend water. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Invloed op een duiker Een duiker zal tijdens de duik in zijn weefsels (vloeistof) gassen (O2 – N2) opslaan. Van alle invloedsfactoren kan een sportduiker er maar 2 beïnvloeden, afhankelijk van het verblijf op de verschillende dieptes : - Tijd Druk Bij het dalen wordt er steeds meer gassen opgelost ; tijdens het stijgen en het uitvoeren van de trappen wordt er terug gas afgegeven. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

DECOMPRESSIEONGEVAL Decompressieongeval Indien het lichaam de opgeloste stikstof niet snel genoeg kan afgeven kan dit aanleiding geven tot belvorming in de weefsels. Dit is het tweede belangrijkste duikongeval : DECOMPRESSIEONGEVAL Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Decompressieongeval Voorkomen van een DECOMPRESSIEONGEVAL : - Stijgen aan een maximale snelheid van 10 m/min - Decompressiestops (trappen) respecteren. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Geluid onder water Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Snelheid van het geluid Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s Geluidssnelheid in zoet water = ± 1440 m/s (afhankelijk van de temperatuur) Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Snelheid van het geluid 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 : de richting van de geluidsbron is niet of zeer moeilijk te bepalen. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Zicht onder water Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

Absorptie Het water werkt als een kleurfilter. De warmste kleuren (rood, oranje) verdwijnen het eerst. Op diepte blijft alleen de blauwe kleur. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Absorptie - kleuren Memotechnisch middeltje : R-O-G-G-B-I-V Het niet zichtbare licht (infrarood en ultraviolet) dringt niet door in de diepte. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Breking Een voorwerp met een ongekende grootte zien we schijnbaar 1/3 groter. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Breking Een voorwerp met een gekende grootte zien we schijnbaar 1/4 dichterbij. Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Temperatuur Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker

De warmtegeleiding in het water is 25x groter dan in de lucht Water onttrekt veel sneller de warmte aan ons lichaam dan lucht en voelt daardoor bij eenzelfde temperatuur kouder aan. Lucht is een slechte warmtegeleider terwijl water een goede warmtegeleider is. De warmtegeleiding in het water is 25x groter dan in de lucht Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Eenzelfde massa water kan 1000x meer warmte opnemen dan lucht Warmtegeleiding Ondanks een isolerend pak (ingesloten lucht) om de geleiding te beperken, zullen we snel afkoelen doordat het water meer warmte kan opnemen. Eenzelfde massa water kan 1000x meer warmte opnemen dan lucht Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01

Nelos Presentatie - Verantwoordelijke uitgever : EDIT sectie Is alles duidelijk ? Fysica - 3*Duiker © 2004 - V1.01 Fysica 3*-Duiker