Показатели давления воды на глубине
Глубина оказывает прямое воздействие на давление воды. Между ними прямая зависимость. Данное значение рассчитывается по специальной формуле. На различных участках глубоководья указанная величина заметно отличается.
Рассмотрим в статье особенности расчет и составляющие формулы, а также отличается ли давление на участках с разной глубиной.
Влияние глубины
Чем глубже происходит погружение в водную толщу, тем больше становится ее сила. Глубина прямо влияет на увеличение давление. Это значение возрастает пропорционально.
Чем глубже, тем больше плотность водной толщи. С каждым последующим опусканием тела возникает все большая разница между внешним и внутренним водным давлением.
На поверхности действует атмосферное давление. При опускании в воду помимо него тела начинают испытывать еще и гидростатическое сдавливание.
ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬ ЧАСОВ / КАКАЯ ОНА?
Даже на мелководье на тело оказывается суммарное влияние, состоящее из атмосферного и гидростатического. При нырянии внешнее воздействие на тело возрастает. Возникает разница из-за увеличения плотности среды.
Верхние слои давят на нижние. За счет этого возникает сдавливающая сила на глубоководье. При этом ее показатель на одной глубине один и тот же по всем направлениям.
Зависимость двух физических показателей
С каждым последующим опусканием на 10 м воздействие становится больше на 1 атмосферу. Уже при погружении на 100 метров тела испытывают давление, соизмеримое с тем, что создается в паровом котле.
С погружением общее давление как на человека, так и на любой другой объект, возрастает. На 10 м оно становится больше вдвое.
Прирост давления на глубоководье неодинаков:
- На 10 м прирост составляет 100%.
- На 20 м он уже уменьшается вдвое (50%).
- На 40 он падает до 25%.
- На 60 он уже меньше 20% и составляет 17%.
В воде помимо атмосферного давления возникает еще гидростатический прессинг. Он также называется избыточным. При нахождении в воде любой объект будет испытывать уже сумму двух давлений: атмосферного и избыточного.
Зависимость двух величин напрямую прослеживается при изучении состояния человека, находящегося в условиях глубоководья. Если поместить человека в глубоководную среду, то он не сможет сделать полноценный вдох.
Возникшая разница между двумя давлениями, одно из которых оказывается на грудную клетку водой, а второе воздухом, что создается в легких, не позволит человеку нормально дышать. При большем погружении грудная клетка разорвется.
Формула для расчета
Данный показатель повышается пропорционально погружению. Он рассчитывается по специальной формуле:
- p — плотность среды. Примерно равна 1000 кг/м 2 .
- g — это ускорение, которое придается телу силой тяжести. Это значение называется ускорением силы тяжести или свободного падения. На Земле данная величина примерно равняется 9,81 м/с 2 .
- h — глубина, на которую погружается какой-либо объект. Высчитывается в метрах.
Формула является выражением закона Паскаля. По ней высчитывается значение гидростатического прессинга. Он напрямую зависит от высоты водного столба.
Произведение плотности (p) и ускорения (g) приблизительно равняется 0,1 атм. С каждым метром опускания на дно воздействие в водной среде повышается на 0,1 атм. Данное правило подтверждает тот факт, что чем глубже происходит опускание в толщу, тем выше становится показатель воздействия.
Сколько составляет на различных глубоководных участках?
Если какой-либо объект поместить в воду на один метр, то он будет испытывать на себе силу, равную 0,1 атм.
Предмет, погруженный на 2 м, уже станет испытывать прессинг величиной около 0,2.
С каждым последующим метром показатель будет возрастать на 0,1 атм. При 5 м значение равняется 0,5. При 10 оно будет уже равняться 1. Более точное число равняется 0,97 атмосферы.
На глубоководье водная толща становится сжатой. Ее плотность увеличивается. Уже на 100 м сила будет практически равняться 10. Более точное число составляет 9,7.
На глубинном участке в 1 км водная среда будет сдавливать находящиеся в ней объекты примерно со значением в 97 атм. Поскольку при 100 м величина равна 9,7, то на 1000 м она увеличивается в 10 раз.
Изменение показателя на разных глубоководных участках представлено в таблице.
| Глубина, на которую объект погружается в воду, в метрах | Давление в атмосферах. |
| 1 | 0,10 |
| 2 | 0,19 |
| 3 | 0,29 |
| 4 | 0,39 |
| 5 | 0,49 |
| 10 | 0,97 |
| 15 | 1,46 |
| 25 | 2,43 |
| 50 | 4,85 |
| 100 | 9,70 |
| 200 | 19,40 |
| 250 | 24,25 |
| 500 | 48,50 |
| 1000 | 97 |
При первых 10 метрах прирост невысокий и составляет 0,1 атмосферы. Дальше его показатель увеличивается.
Заключение
Глубина влияет на давление воды. С каждым метром движения объекта вглубь его показатель увеличивается на 0,1 атм. Уже на 10 м сдавливающая сила воды составляет почти 1 атмосферу. Зависимость обеих величин обусловлена плотностью воды, которая возрастает по мере движения тела в ней на дно.
Также на глубоководье происходит увеличение внешнего силового воздействия на объект. Если на поверхности тела испытывают воздействие только атмосферного давления, то в воде помимо него на них еще оказывается и гидростатическое.
При этом прирост воздействия на разных глубинных участках неодинаков. Особенно он высок при первых 10 м погружения. Дальше он начинает довольно быстро снижаться.
ИсточникВодонепроницаемость часов: бары, метры, атмосферы, стандарты водонепроницаемости
Для обозначения водонепроницаемости часов разные производители используют различные обозначения и стандарты. Некоторые производители водонепроницаемых часов используют обозначения в барах (бар), другие в метрах, третьи в атмосферах. Также существует множество стандартов ISO определяющие водостойкость и водонепроницаемость не только часов, но и других приборов. Разобраться со всеми этими тонкостями поможет данная статья.
Для начала разберемся в единицах измерения водонепроницаемости
Бар — международное обозначение: bar. Термин происходит от греческого слова βάρος , что значит тяжесть. Бар — это внесистемная единица измерения давления, то есть она не входит ни в одну систему измерения. Величина бара примерно равна одной атмосфере. Тоесть, давление «один бар» — это тоже самое что и давление в одну атмосферу.
Атмосфера
Ну тут все понятно из названия, и, возможно, из школьного курса физики. Это давление равное силе с которой слой воздуха над землей давит на саму землю. В природе давление конечно постоянно меняется, но в физике принято считать что давление в одну атмосферу равно давлению в 760 миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.). Сокращенно давление в атмосферах обозначается как «атм» или «atm».
М или метры
Чаще всего водонепроницаемость часов обозначается в метрах, но это не те метры на которые можно нырять под воду. Это эквивалент давления измеряемого водяным столбом. Так например на глубине в 10 метров вода будет давить с силой в одну атмосферу. То есть, значение давления в 10м равно давлению в одну атмосферу.
Итак, существуют различные системы обозначения водозащищенности часов — в метрах, барах и атмосферах. Но все они обозначают примерно одно и то же: 1 бар равен 1 атмосфере и примерно равняется погружению на 10 метров.
1 bar = 1 atm = 10 m
Стандарты водонепроницаемости часов
Существует множество различных стандартов по которым определяется водонепроницаемость часов и других электронных устройств (например телефонов). Водонепроницаемые часы очень популярны среди туристов, альпинистов и любителей экстремального отдыха.
Стандарт водонепроницаемости часов ISO 2281 (ГОСТ 29330)
Этот стандарт был принят в 1990 году для стандартизации водонепроницаемости часов. Он описывает процедуру проверки водонепроницаемости часов при тестовых испытаниях. В стандарте указаны требования к давлению воды, или воздуха, при которых часы должны сохранить свою герметичность и работоспособность. Однако в стандарте указано, что оно может проводится выборочно.
Это значит, что не все часы производящиеся по данному стандарту, проходят обязательную проверку на водонепроницаемость — производитель может выборочно проверить отдельные экземпляры. Этот стандарт используется для часов, специально не предназначенных для ныряния или плавания, а только для часов для ежедневного использования с возможными кратковременными погружениями в воду.
Тестирование часов по этому стандарту водонепроницаемости состоит из следующих шагов:
- Погружение часов в воду на глубину 10 см на один час.
- Погружение часов в воду на глубину 10 см с давлением водяного потока силой 5 N (ньютонов) перпендикулярно к кнопкам или к заводной головке в течение 10 минут.
- Погружение часов в воду на глубину 10 см с изменением температуры между 40°C, 20°C и снова 40°C. При каждой температуре часы находятся в течении пяти минут, переход между температурами не более пяти минут.
- Погружение часов в воду в барокамере и воздействию на них их номинального давления на которое они рассчитаны в течении 1 часа. Не допускается появление конденсата внутри часов и проникновение воды внутрь корпуса.
- Проверка часов с превышением номинального давления на 2 атм.
Ну и дополнительные проверки, напрямую не связанные с водонепроницаемостью часов:
- Часы не должны показать обтекаемость превышающую 50 μg/мин
- Тест ремешка не требуется
- Тест на коррозию не требуется
- Тест на отрицательное давление не требуется
- Тест на сопротивляемость магнитным полям и ударам не требуется
Стандарт ISO 6425 — часы для дайвинга и погружений под воду
Этот стандарт был разработан и принят в 1996 году, и предназначен специально для часов, к которым предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости, например часы для дайвинга, подводной охоты и других видов работ под водой.
Все часы произведенные по стандарту ISO 6425 в обязательном порядке проходят проверку на водонепроницаемость. То есть в отличии от стандарта ISO 2281, где только отдельные экземпляры часов проверяются на водонепроницаемость, в стандарте ISO 6425 — абсолютно все часы проверяются на заводе перед продажей.
Причем проверка также выполняется с превышением расчетных показателей на 25%. То есть часы, рассчитанные на погружения до 100 метров, будут проверять при давлении как на глубине 125 метров.
По стандарту ISO 6425 все часы должны пройти следующие тесты на водонепроницаемость:
Длительное нахождение под водой. Часы погружаются в воду на глубину 30 см, на 50 часов. Температура воды может меняться от 18°C до 25°C. Все механизмы должны продолжать функционировать, внутри часов не должен появляться конденсат.
Проверка на образование конденсата в часах. Часы нагреваются до температуры 40°C — 45°C. После этого на стекло часов льется холодная вода в течении 1 минуты. Часы, у которых на стекле образуется конденсат на внутренней поверхности стекла, должны быть уничтожены.
Сопротивление заводных головок и кнопок повышенному давлению воды. Часы помещаются воду и на них создается давление в воде на 25% выше номинальной водостойкости. В течении 10 минут в таких условиях, часы должны сохранить герметичность.
Длительное нахождение в воде под давлением превышающим расчетное на 25%, в течении двух часов. Часы должны продолжать работать, сохранить герметичность. на стекле не должен образовываться конденсат.
Погружение в воду на глубину 30 см с изменением температуры воды от 40°C до 5°C и снова 40°C. Время перехода от одного погружения до другого не должно превышать 1 мин.
Превышение расчетного давления на 25% обеспечивает запас прочности для предотвращения промокания при динамическом увеличение давления или изменении плотности воды, например морская вода на 2 — 5 % плотнее чем пресная.
Часы прошедшие тестирование ISO 6425 маркируются надписью DIVER’S WATCH L M. Буква L отображает глубину погружения в метрах, гарантированную производителем.
Таблица водонепроницаемости часов Water Resistant
| Водонепроницаемость часов (Water Resistant) | Назначение | Ограничения |
| Water Resistant 3ATM или 30m | для повседневного использования. Выдержат небольшой дождь и попадание брызг | не подходят для принятия душа, купания, ныряния. |
| Water Resistant 5ATM или 50m | Выдержат кратковременное погружение в воду. | плавать не рекомендуется. |
| Water Resistant 10ATM или 100m | Водные виды спорта | не использовать для дайвинга и ныряния |
| Water Resistant 20ATM или 200m | Профессиональное занятие водным спортом. Ныряние с аквалангом. | продолжительность нахождения под водой не более 2 часов |
| Diver’s 100m | Минимальное требование ISO 6425 для ныряния с аквалангом | Такую маркировку носят устаревшие часы. Не подходят для длительного ныряния. |
| Diver’s 200m или 300m | Подходят для ныряния с аквалангом | Типичная маркировка для современных часов для ныряния. |
| Diver’s 300+m для ныряния с газовой смесью в акваланге. | Подходят для длительного ныряния с аквалангом с газовой смесью в акваланге. | Имеют дополнительную маркировку DIVER’S WATCH L M или DIVER’S L M |
Стандарт водостойкости IP
Стандарт IP принятый для различных электронных устройств, в том числе и умных смарт часов регламентирует два показателя: защита от попадания пыли и защита от попадания жидкости. Маркировка по данному стандарту имеет вид IPXX, где вместо «X» находятся цифры, обозначающие степень защиты от попадания пыли и воды внутрь корпуса. За цифрами могут следовать один или два символа, несущие вспомогательную информацию. Например, спортивные часы со степенью защиты IP68 являются пыленепроницаемым устройством, выдерживающим длительное погружение в воду под давлением.
Первая цифра в коде IPXX обозначает уровень защиты от проникновения пыли. В спортивных GPS-трекерах и умных часах, как правило используются самые высокие уровни пылезащиты:
- 5 пылезащищенные, некоторое количество пыли может проникнуть внутрь корпуса, однако это не нарушает работу устройства.
- 6 пыленепроницаемые, пыль не попадает внутрь устройства.
Вторая цифра в коде IPXX обозначает уровень водозащиты. Изменяется от 0 до 9 — чем цифра больше, тем водонепроницаемость лучше:
- 0 Нет защиты
- 1 Вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства.
- 2 Вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства, если его отклонить от рабочего положения на угол до 15°.
- 3 Защита от дождя. Вода льётся вертикально или под углом до 60°.
- 4 Защита от брызг, падающих в любом направлении.
- 5 Защита от водяных струй с любого направления.
- 6 Защита от морских волн или сильного водяного течения. Попавшая внутрь корпуса вода не должна нарушать работу устройства.
- 7 Кратковременное погружение на глубину до 1 м При кратковременном погружении вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Постоянная работа в погружённом режиме не предполагается.
- 8 Длительное погружение на глубину более 1 м Полная водонепроницаемость. Устройство может работать в погруженном режиме.
- 9 Длительное погружение под давлением. Полная водонепроницаемость под давлением. Устройство может работать в погруженном режиме при высоком давлении воды.
Часто встречающиеся обозначения водонепроницаемости часов
Часы, не обеспечивающие водонепроницаемость
Это часы, которые не предназначены для использования в воде. Постарайтесь не держать их во влажных местах и беречь от случайного попадания воды или брызг, действия пара и т.п.
Обратите внимание, что часы, не обеспечивающие водонепроницаемость, обычно не имеют никаких специальных обозначений на циферблате или задней крышке.
Обычная водонепроницаемость — до 30 м — 3 АТМ — 3 bar — 3 бар
На таких часах имеется надпись «WATER RESISTANT» («водонепроницаемые»). Это означает, что часы способны выдержать статическое давление 30-метрового водяного столба (3 атмосферы), но не означает, что в них можно нырять на глубину 30 м. Смысл этой надписи в том, что часы не испортятся от попадания капель при умывании, во время дождя и т.п. Конструкция этих часов позволяет использовать их в повседневной жизни — например, при умывании или под дождем, однако в таких часах не стоит купаться, принимать ванну или мыть машину.
Обычная водонепроницаемость — до 50 м — 5 АТМ — 5 bar — 5 бар
На таких часах есть надпись «WATER RESISTANT 50M» или «50M» (или «5 bar»). Это означает, что часы способны выдержать статическое давление 50-метрового водяного столба (5 атмосфер), но не означает, что в них можно нырять на глубину 50 м. Такая водонепроницаемость позволяет работать с водой в часах. Эти часы нельзя использовать для ныряния, прыжков в воду, виндсерфинга и т.п.
Водонепроницаемость до 100 м — 10 АТМ — 10 bar — 10 бар
Часы имеют надпись «WATER RESISTANT 100M» или «100M» (или 10 bar). Это также означает, что часы выдерживают статическое давление 100-метрового водяного столба, но обратите внимание, что нырять на глубину 100 м в них нельзя. На практике эта водонепроницаемость допускает попадание воды на часы или даже погружение часов в воду, но не позволяет часам выдерживать давление воды при купании в бассейне или в море, где на часы могут попасть волны.
Водонепроницаемость до 200 м — 20 АТМ — 20 bar — 20 бар
Часы с такой водонепроницаемостью называются «дайверскими» («часами для ныряльщиков»). В этих часах можно безбоязненно купаться в море или в бассейне, однако необходимо с осторожностью принимать душ под давлением или заниматься прыжками в воду. Кроме того, лучше избегать купания в горячей воде, потому что под ее действием может испортиться смазочное масло внутри часов.
ИсточникДавление создаваемое водой при погружении
Здоровье
Давление и глубина всегда взаимосвязаны. Соотношение между ними выявляется через специальную формулу. Давление меняется на разной глубине. О том, как оно высчитывается и что требуется для вычислений мы расскажем дальше.
Глубина погружения
Организм человека в большей степени адаптирован к воздушной среде. В воде он чувствует себя иначе, поскольку она гораздо плотнее воздуха. У некоторых людей возникает тяга к покорению глубины только из-за такого физиологического фактора.
На суше организм испытывает давление в 1 атмосферу, поэтому на каждый квадратный сантиметр приходится всего 1 кг. В результате этого возникает нагрузка около 16 тонн, но она компенсируется внешним давлением, из-за чего человек не ощущает такой тяжести.
Вода тяжелее воздуха, поэтому при погружении эта величина постоянно растет и меняется в зависимости от веса столба воды. Чем ниже погружается человек, тем сильнее поднимается давление воды, на этом основано уже несколько теорий, которые удалось подтвердить.
Получается, что при погружении в толщу повышается плотность жидкости, из-за чего при опускании постоянно увеличивается разница между давлением внутри и снаружи.
На суше существует только атмосферное давление, его показатель статичен: на каждом квадратном сантиметре земли оно составляет 1033 кг. Его испытывают все люди и предметы на поверхности. Несмотря на высокий показатель, человек не чувствует его из-за уравновешивания и распределению по всему телу.
К этому показателю тело приспособлено, поскольку при нем развивались все органы и части тела. Однако, существует еще и давление водяного столба, его называют гидростатическим. Оно указывает на показатель, который демонстрирует уровень жидкость в результате силы тяжести. При погружении тело человека ощущает оба показателя. С помощью гидростатики ученые определяют не только водонепроницаемость и остальные параметры, они изучают гидравлику, законы равновесия и способы их практического применения.
Даже находясь на мелководье, тело человека испытывает гидростатическое и атмосферное давление. Во время ныряния и другого резкого погружения на глубину разница стремительно растет, поскольку плотность среды увеличивается. Так происходит из-за того, что верхние слои всегда оказывают давление на нижние, появляется сдавливающая сила, которая сильнее ощущается на глубоководье.
Насколько зависимы эти показатели?
На глубине погружения в 10 метров давление составляет 1 атмосферу, при превышении дистанции оно медленно увеличивается. Если опуститься на 100 метров, то ощущение появится такое же, как тело испытывает в паровом котле.
При этом создаваемое водой на дне озера давление не всегда соразмерно тому, что рассчитывается изначально. Показатели здесь следующие:
- 10 м — прирост составляет 100%, то есть вместо одной атмосферы появляется две;
- 20 м — показатель составляет лишь 50%;
- 40 м — он достигает уже 25%;
- 60 м — уровень падает до 15–20%.
Каждый погруженный в воду предмет дополнительно испытывает гидростатический прессинг, этот показатель считается избыточным.
Впервые взаимосвязь между глубиной и давлением обнаружили во время изучения того, как организм человека меняется при нахождении на глубине. Этим же объясняется то, что при сильном погружении люди не могут вдохнуть кислород, даже если он подключен.
В этом случае влияет разница между двумя уровнями давления и тем, насколько сильным становится класс прессинга, который влияет на грудную клетку. Поэтому при большом погружении грудная клетка просто разрывается, даже если человек подключен к кислородному баллону.
Как рассчитать давление воды?
Поскольку уровень меняется в зависимости от глубины, его определяют по следующей формуле:
- h — уровень глубины погружения в метрах, при этом не учитывают, какой именно объект там находится;
- g — ускорение, возникающее в результате силы тяжести, иногда вместо него за показатель берут силу свободного падения, на поверхности он не меняется и едва превышает 9 единиц;
- р — плотность, которая высчитывается в соотношении килограмм на квадратный метр.
Эта формула появилась в результате формирования закона Паскаля, который определяет показатель давления на жидкость и газ. Выявленная закономерность указывает, что значение прессинга меняется в зависимости от размера водяного столба.
По этой формуле с каждым метром давление увеличивается примерно на 0,1 атмосферу, поэтому при погружении на глубину с каждым метром увеличивается сила воздействия.
На какой глубине давление опасно?
Поскольку каждые 10 метров показатель увеличивается на одну единицу, организм человека выдерживает только определенную глубину. При погружении сердцебиение замедляется примерно на 20%, а при частом нырянии еще больше. Из-за этого в организме снижается уровень потребления кислорода. В такой ситуации организм рефлекторно защищает легкие от попадания воды и повышает давление.
В этот период кровь приливает к жизненно важным органам, чтобы защитить их от высокого давления. Также повышается гемоглобин, чтобы формировались запасы кислорода. Рефлекс появляется даже в том случае, если не нырять, а просто опустить голову в прохладную воду.
Организм пытается предотвратить влияние прессинга, но полностью защититься от него он не может. Уже на глубине 3 м диафрагма неспособна в достаточной мере расширить легкие, чтобы они раскрылись и сделали вдох. У дайверов эта проблема решается тем, что воздух подается под тем же давлением, что и в окружающей среде.
Компенсировать прессинг удается только примерно до 60 метров, на этой глубине давление уже равняется 5 атмосферам. После этого воздух становится еще плотней, поэтому даже при возможности дыхания на этот процесс у человека уходят все силы. В таблице показаны остальные показатели давления и глубина погружения при этом.
Поскольку при погружении прирост давления неодинаковый и снижается он медленно, у человека остается достаточно времени, чтобы подняться повыше. Если этого не сделать, то кислород станет токсичным и вызовет отравление, которое спровоцирует судороги, тошноту, головную боль.
Источник