© 2004 - V1.01 Duikfysica Niveau 3 * - duiker Skip intro >>

© 2004 - V1.01

DuikfysicaNiveau 3 * - duiker

Skip intro >>

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 2

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 : LesvoorbereidingDit 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 [email protected], zodat we ze kunnen hergebruiken als lesmateriaal

• Inhoudelijke opmerkingen rond de presentatie kan u sturen naar [email protected] (met vermelding van het document nummer), zodat we de nodige rechtzettingen kunnen doen

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 3

Goed om te weten

Dit is een lesvoorbereiding.

• Stuurgroep :• Fysica

• Verantwoordelijke :• Coene Johan

• Redactieteam :• Hubert Ivo• Moens Geert

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 4

Legende

De animaties verschijnen niet of staan ondersteboven :

InstalleerMacromediaFlash Player

Blauw : Zeker te onthouden Blauw : Zeker te onthouden

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 5

Druk

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 6

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 1 bar = 1.000 mbar = 100.000 Pa

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 7

Luchtdruk

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 8

Proef van Torricelli

Luchtdruk

= Druk v.d. kwikkolom

= 1,014 bar

(Proef op zeeniveau bij 15°C)

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 9

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

Atmosferische druk =

Luchtdruk = 1 bar

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 10

Invloed van de hoogte

Tot 5.000 m hoogte neemt de

luchtdruk ongeveer lineair met

0,1 bar per 1.000 m af.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 11

Waterdruk

Elke 10 m diepte

neemt de druk

met 1 bar toe.

Elke 10 m diepte

neemt de druk

met 1 bar toe.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 12

Waterdruk op diepte

Relatieve druk

= Waterdruk = Hydrostatische druk

diepte (m)

vuistregel : waterdruk op diepte (bar) : 10

Relatieve druk

= Waterdruk = Hydrostatische druk

diepte (m)

vuistregel : waterdruk op diepte (bar) : 10

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 13

Berekeningsvoorbeeld

0

1

1,5

2

2,5

2,9

Diepte (m) Relatieve druk(bar)

0

10

15

20

25

29

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 14

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

Absolute druk =

Atmosferische druk + Relatieve druk

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 15

Berekeningsvoorbeeld

0 1 1

1 1 2

1,5 1 2,5

2 1 3

2,5 1 3,5

2,9 1 3,9

Diepte (m) Relatieve druk(bar)

Atmosferischedruk (bar)

Absolute druk(bar)

0

10

15

20

25

29

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 16

Absolute druk - vuistregel :

Diepte (m)

Druk op diepte (bar) : + 1 10

Diepte (m)

Druk op diepte (bar) : + 1 10

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 17

Diepte - vuistregel :

Diepte (m) : ( Druk op diepte (bar) – 1 ) * 10Diepte (m) : ( Druk op diepte (bar) – 1 ) * 10

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 18

Absolute druk

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 19

WetvanPascal

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 20

Proef

Gassen zijn samendrukbaar,

vloeistoffen niet.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 21

Proef

De druk plant zich voort in alle

richtingen.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 22

Proef

De druk plant zich voort met dezelfde

grootte.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 23

Wet van Pascal

Wet van Pascal

Een druk,uitgeoefend op een deel van een vloeistof,

plant zich in alle richtingen voortmet dezelfde grootte

Wet van Pascal

Een druk,uitgeoefend op een deel van een vloeistof,

plant zich in alle richtingen voortmet dezelfde grootte

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 24

Gevolgen

De druk onder water werkt langs alle

kanten op een duiker in.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 25

Gevolgen

De Wet van Pascal geldt ook voor

gassen.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 26

WetvanBoyle-Mariotte

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 27

Proef

Een luchtvolume welk

ondergedompeld wordt, verkleint in

dezelfde verhouding als de toename

van de druk.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 28

Wet van Boyle-Mariotte


Bij constante temperatuuris het volume van een bepaalde hoeveelheid gas

omgekeerd evenredig met de druk

p * V = constant


Bij constante temperatuuris het volume van een bepaalde hoeveelheid gas

omgekeerd evenredig met de druk

p * V = constant

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 29



Bij constante temperatuuris het produkt van druk en volume van een

bepaalde hoeveelheid gas constant

p * V = constant


Bij constante temperatuuris het produkt van druk en volume van een

bepaalde hoeveelheid gas constant

p * V = constant

Of nog :

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 30

Dalen van een gesloten gasvolume

Een soepel, luchtgevuld voorwerp

wordt door de druk vervormd.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 31

Stijgen van een open gasvolume

De uitzettende lucht kan ontsnappen

bij het stijgen.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 32

Stijgen van een gesloten gasvolume

De uitzettende lucht kan niet

ontsnappen tijdens het stijgen.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 33

Stijgen zonder uitademen

De uitzettende lucht kan niet

ontsnappen tijdens het stijgen :

LONGOVERDRUK

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 34

Longoverdruk

Voorkomen van een LONGOVERDRUK :

- Traag stijgen

- Voldoende UITADEMEN tijdens het stijgen

Voorkomen van een LONGOVERDRUK :

- Traag stijgen

- Voldoende UITADEMEN tijdens het stijgen

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 35

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)

p * V = constant

bar * liter = barl (barliter)

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 36

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 37

WetvanArchimedes

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 38

Proef

Het voorwerp neemt de plaats in van

het water en wordt schijnbaar lichter.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 39

Proef

Het verschil tussen het werkelijke

gewicht en het schijnbaar gewicht

noemen we de opwaartse stuwkracht.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 40

Wet van Archimedes

Wet van Archimedes

Een lichaam,ondergedompeld in een vloeistof,

ondergaat een opwaartse stuwkrachtgelijk aan

het gewicht van de verplaatste vloeistof.

Wet van Archimedes

Een lichaam,ondergedompeld in een vloeistof,

ondergaat een opwaartse stuwkrachtgelijk aan

het gewicht van de verplaatste vloeistof.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 41

Gelijke volumes

Het drijfvermogen is

afhankelijk van het

gewicht.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 42

Gelijk gewicht

Het drijfvermogen is

ook afhankelijk

van het volume

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 43

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

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 44

Praktisch

Uittrimmen door :

• Aanpassing gewicht :

- Lood bijvoegen

- Afwerpen in geval van nood

• Aanpassing volume :

- Trimvest opblazen/leeglaten

- Ademhaling

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 45

Dichtheid

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 46

Dichtheid

Gelijke volumes van verschillende stoffen hebben een verschillende

massa.

De dichtheid van een stof is zijn massa gedeeld door zijn volume.

massa mDichtheid = = (kg/dm³)

volume v

massa mDichtheid = = (kg/dm³)

volume v

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 47

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 () van zoet water = 1 kg/dm³

Dichtheid () van zout water = 1,025 kg/dm³

Dichtheid () van zoet water = 1 kg/dm³

Dichtheid () van zout water = 1,025 kg/dm³

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 48

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).

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 49

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 () van lucht =

1,29 kg/m3 = 1,29 g/l

Dichtheid () van lucht =

1,29 kg/m3 = 1,29 g/l

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 50

Berekenenvan hetluchtverbruik

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 51

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

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 52

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

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 53

Luchtverbruik op verschillende dieptes

Onder normale omstandigheden is het gemiddeld luchtverbruik aan de

oppervlakte 20 l/min.

Luchtverbruik op diepte (barl/min)

= 20 (l/min) (verbruik aan de oppervlakte) * druk(bar)

Luchtverbruik op diepte (barl/min)

= 20 (l/min) (verbruik aan de oppervlakte) * druk(bar)

Onder druk hebben echter we een grotere hoeveelheid lucht nodig om

onze longen te vullen (Wet van Boyle-Mariotte) :

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 54

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

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 55

Berekeningvoorbeeld

- 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

Duik van 20 min op een diepte van 45 m met een fles van 2 x 10 l - 200 bar

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 56

Berekeningvoorbeeld

- 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


© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 57

Berekeningvoorbeeld

- Beschikbare luchthoeveelheid : 4.000 barl

- Totaal luchtverbruik : - 2.941 barl

Restlucht in de duikfles : 1.059 barl


Restdruk in de duikfles : 1.059 barl / (2 x 10 l) = 53 bar

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 58

WetvanDalton

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 59

Samenstelling van de lucht

Lucht is een mengsel van verschillende gassen :

Gas Formule Hoeveelheid (%)

Stikstof N2 79,00

Zuurstof O2 20,97

Koolstofdioxide CO2 0,03

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 60

Vereenvoudigde luchtsamenstelling

Voor berekeningen in de duiksport gebruiken we de vereenvoudigde

luchtsamenstelling :

Stikstof N2 80 %

Zuurstof O2 20 %

Stikstof N2 80 %

Zuurstof O2 20 %

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 61

Gasmengsels

Indien we uit een luchtgevulde ruimte het gedeelte stikstof (of zuurstof)

zouden verwijderen, zal de druk in dezelfde verhouding verminderen.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 62

Partiële druk

De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we

de partiële druk (pp).

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 63

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 aande som van de drukken die elk gas afzonderlijk

zou hebben als het alleen in die ruimte was.

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 aande som van de drukken die elk gas afzonderlijk

zou hebben als het alleen in die ruimte was.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 64

Berekeningswijze

Voor elk gas in het mengsel geldt :

Partiële druk (bar) =

Totale druk (bar) * % gas

Partiële druk (bar) =

Totale druk (bar) * % gas

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 65

Berekeningswijze

Als geheugensteuntje kunnen we gebruik maken van de rekendriehoek :

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 67

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 68

Wet van Henry

Wet van Henry

Bij constante temperatuuren bij verzadiging

is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof

evenredig met de druk van dat gasin contact met die vloeistof.

Wet van Henry

Bij constante temperatuuren bij verzadiging

is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof

evenredig met de druk van dat gasin contact met die vloeistof.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 69

Invloedsfactoren

Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren :

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 70

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 71

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 72

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 73

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 74

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 75

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 76

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

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 77

Decompressieongeval

Voorkomen van een DECOMPRESSIEONGEVAL :

- Stijgen aan een maximale snelheid van 10 m/min

- Decompressiestops (trappen) respecteren.

Voorkomen van een DECOMPRESSIEONGEVAL :

- Stijgen aan een maximale snelheid van 10 m/min

- Decompressiestops (trappen) respecteren.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 79

Snelheid van het geluid

Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s

Geluidssnelheid in zoet water = ± 1440 m/s(afhankelijk van de temperatuur)

Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s

Geluidssnelheid in zoet water = ± 1440 m/s(afhankelijk van de temperatuur)

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 80

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.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 82

Absorptie

Het water werkt als een kleurfilter.

De warmste kleuren (rood, oranje)

verdwijnen het eerst.

Op diepte blijft alleen de blauwe kleur.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 83

Absorptie - kleuren

Memotechnisch middeltje :

R-O-G-G-B-I-V

Het niet zichtbare licht (infrarood en

ultraviolet) dringt niet door in de

diepte.

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 87

Warmtegeleiding

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 wateris 25x groter dan in de lucht

De warmtegeleiding in het wateris 25x groter dan in de lucht

© 2004 - V1.01Fysica - 3*Duiker 88

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 kan1000x meer warmte opnemen dan lucht

Eenzelfde massa water kan1000x meer warmte opnemen dan lucht

© 2004 - V1.01 Duikfysica Niveau 3 * - duiker Skip intro >>

Documents

Transcript of © 2004 - V1.01 Duikfysica Niveau 3 * - duiker Skip intro >>