Sportduiken onze passie. Fysica: waarom? •Om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken...

Sportduiken onze passieSportduiken onze passie


Fysica: waarom?Fysica: waarom?

• Om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken

• Om de werking van ons materiaal te begrijpen

• Vooral voor de veiligheid: zonder fysica geen duikgeneeskunde


Hoofdstuk 1

Druk

Fysica


Massa (m)Massa (m)

Massa = De grootheid waarmee wordt gemeten hoe gemakkelijk het is een lichaam te versnellen.

Bijvoorbeeld: het is heel wat moeilijker om een bus te verplaatsen, dan om een auto te verplaatsen.

Massa heeft dus te maken met de hoeveelheid materie die een lichaam bevat.

Wie zegt dat hij een gewicht heeft van 56 kg of 56 kg weegt, bedoelt eigenlijk dat hij een massa heeft van 56 kg.


Kracht (F)Kracht (F)

Een kracht van 1 Newton (N) = de kracht die aan een massa van 1 kg na 1 seconde een snelheid van 1 m/s geeft.

Kracht (N) = massa (kg) x versnelling (m/s²)

OF: F = m.a


Gewicht (G)Gewicht (G)

Een bijzondere kracht is het gewicht:

Gewicht van een lichaam = de kracht waarmee de aarde het lichaam aantrekt.

1 kg heeft een gewicht van 9.81N afronden naar 10N

Bijvoorbeeld: Een loodgordel met een massa van 5 kg, oefent een kracht van 50 N uit op ons lichaam, of weegt dus 50 N.


Druk (p)Druk (p)

Druk = een kracht uitgeoefend op een oppervlakte

Eenzelfde kracht op een groter oppervlak veroorzaakt minder druk dan op een kleiner oppervlak.


Druk (p)Druk (p)

Druk (Pa) = Kracht (N) / Oppervlakte (m²)

De eenheid van druk is Pascal: Pa = N/m²

Wij gebruiken als eenheid bar:

1 bar = 100.000 Pa


Soorten drukSoorten druk

• Als duiker worden we geconfronteerd met 2 soorten druk:– Luchtdruk = Atmosferische druk– Waterdruk = Hydrostatische druk = Relatieve druk

• Beide samen geeft ons de absolute druk: absolute druk = luchtdruk + waterdruk


Atmosferische drukAtmosferische druk

• Uit de meteorologie :

1.013 hPa (hectoPascal) = 1,013 bar• Wij nemen aan dat de luchtdruk op

zeeniveau gelijk is aan 1 bar

• Atmosferische druk = Luchtdruk = 1 bar


Atmosferische drukAtmosferische druk

• Tot 5.000 m hoogte neemt de luchtdruk ongeveer lineair met 0,1 bar per 1.000 m af


Hydrostatische drukHydrostatische druk

Waterdruk = hydrostatische druk = relatieve druk

Vuistregel: diepte (m) / 10


Druk: toepassingDruk: toepassing

Wat is de kracht op ons lichaam op 40m diepte?

40m absolute druk: 5 bar

Druk = Kracht / Oppervlakte

Dus: Kracht = Druk x Oppervlakte

Lichaamsoppervlakte is ongeveer 1,5 m²

Kracht = 5 bar x 1,5 m² = 500000 Pa x 1,5 m² = 750000 N

Dit komt overeen met het gewicht van een massa van 75000 kg of 75 ton


Fysische wetten: vloeistoffenFysische wetten: vloeistoffen

De Wet van Pascal


De wet van PascalDe wet van Pascal

• Proef: druk plant zich in een vloeistof voort in alle richtingen, en met dezelfde grootte



Een druk, uitgeoefend op

een deel van een vloeistof, plant

zich in alle richtingen voort

met dezelfde grootte.

De Wet van Pascal



Duiken in een grot

De druk blijft even groot!


Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen

De Wet van Dalton


De wet van DaltonDe wet van Dalton

• Lucht is een mengsel van gassen: 80% stikstof (N2) en 20% zuurstof (O2)

• De totale luchtdruk is gelijk aan de som van de afzonderlijke gas-drukken



De 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.

De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we de partiële druk (pp)



Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] x fractie gas [%]Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] x fractie gas [%]



Toepassingen:

• Uitwerken decompressiemodellen

• Dieptedronkenschap (stikstofnarcose)

• Zuurstof-, kooldioxide- en koolmonoxidevergiftigingen

• Duiken met andere mengsels


Gassen : oefeningenGassen : oefeningen

• Wat is de partiële druk van zuurstof en stikstof op 35 m met nitrox 32?Partiële druk zuurstof = 4,5 bar x 32% = 1,44 barPartiële druk stikstof = 4,5 bar x 68% = 3,06 bar

• Wat is de maximaal toegelaten duikdiepte met lucht als je rekening houdt met de maximaal toegelaten partiële druk van zuurstof = 2 bar ?Partiële druk zuurstof = 2 barAbsolute druk = 2 bar / 0,2 = 10 barHydrostatische druk = 10 bar – 1 bar = 9 bar diepte 90 m

• Bij het duiken met nitrox ligt de beperking op 1,5 bar zuurstof. Wat is het optimale nitroxmengsel om te duiken op een diepte van 35 m?Absolute druk = 3,5 bar + 1 bar = 4,5 barPartiële druk zuurstof = 1,5 bar en dit is 1,5/4.5 = 0,33 of dus 33%

• Bepaal de partiële druk van helium op 80 m van volgend mengsel : O2(10%) - N2 (20%) - He (70%).Absolute druk = 8 bar + 1 bar = 9 barPartiële druk helium = 9 bar x 70% = 9 bar x 0,7 = 6,3 barWat bedraagt de ppN2?Partiële druk stikstof = 9 bar x 20% = 9 bar x 0,2 = 1,8 barOp welke diepte krijgen we reeds deze partiële druk stikstof met lucht?Partiële druk stikstof = 1,8 barAbsolute druk = 1,8 bar / 0,8 = 2,25 barHydrostatische druk = 2,25 bar – 1 bar = 1,25 bar diepte 12,5 m



De Wet van Boyle - Mariotte


Wet van Boyle-MariotteWet van Boyle-Mariotte

Een luchtvolume dat ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk,en omgekeerd.



De wet van Boyle-Mariotte

Bij constante temperatuur is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd

evenredig met de druk

Druk [bar] x Volume [liter] = Constante [barliter]

p x V = Cte



Diepte Druk Volume pxV=Cte

0m

10m

20m

30m

40m

50m

1bar

2bar

3bar

4bar

5bar

6bar

1x10=10

2x5=10

3x3,3=10

4x2,5=10

5x2=10

6x1,66=10

Lucht10l

1/2=5l

1/3=3,3l

1/4=2,5l

1/5=2l



Toepassing: longoverdruk

• Als de lucht niet uit onze long kan ontsnappen (spasme/gesperde luchtweg/…) zullen onze longen eerst uitzetten tot een maximum. Verder uitzetten leidt tot longoverdruk!

• De drukveranderingen zijn (relatief) het grootst bij kleinere dieptes => de volumeveranderingen zijn daar ook het grootst.

• Dit kan reeds optreden vanaf 1,5 m diepte (zwembad)!



Toepassing: luchthoeveelheid in een duikfles

Luchthoeveelheid = p x V

Druk fles Volume fles

Hoeveelheid lucht

200 bar 12 l 2400 barl

200 bar 15 l 3000 barl

300 bar 10 l 3000 barl

300 bar 14 l 4200 barl



Opmerking:

• Een gevulde fles weegt meer dan een lege !Ook gassen zoals lucht hebben een massa.

• Bij atmosferische druk en 0°C bedraagt de massa van 1 m³ lucht 1,3 kg. 1 m³ 1,3 kg1000 l 1,3 kg1000 barl 1,3 kg

Oefening: De tarra van je duikfles (staal, 10 l, 200 bar) is 15,2 kg. Hoeveel massa heeft ze meer met de reserve van 50 bar erin ? En gevuld tot 200 bar ? Wat betekent dit voor je uitloding ?Hoeveelheid lucht bij 50 bar = 50 bar x 10 l = 500 barlMassa van de reserve lucht = 1,3 kg / 2 = 0,65 kgHoeveelheid lucht bij 200 bar = 200 bar x 10 l = 2000 barlMassa van de lucht bij volle fles = 1,3 kg x 2 = 2,6 kgVerschil in massa = 2,6 kg – 0,65 kg = 1,95 kg


Gassen : oefeningenGassen : oefeningen• Mijn trimvest heeft op 20 m een volume van 10 l. Tot welke diepte moet ik dalen om dat volume te

halveren?Op 20 m is druk x volume = 3 bar x 10 l = 30 barlHelft van het volume = 5 l30 barl / 5 l = 6 bar, dus op een diepte van 50 m

• Een ballon heeft een volume van 2 liter en een inwendige druk van 1,5 bar. Wat is zijn volume op 30 m diepte?Hoeveelheid lucht in ballon = 2 l x 1,5 bar = 3 barlInwendige druk ballon op 30 m = 4 barVolume ballon op 30 m = 3 barl / 4 bar = 0,75 l

• Op de duikplaats toegekomen blijkt mijn 12 l duikfles maar 60 bar te bevatten. Gelukkig heeft mijn buddy een dubbel 10 l set (bi) op 200 bar en een overtapdarm. Met welke vertrekdruk kunnen we gaan duiken?Hoeveelheid lucht 12 l fles = 60 bar x 12 l = 720 barlHoeveelheid lucht 20 l fles = 200 bar x 20 l = 4000 barlTotale hoeveelheid lucht = 720 barl + 4000 barl = 4720 barlTotaal volume = 12 l + 20 l = 32 lDruk op beide flessen = 4720 barl / 32 l = 147,5 bar

• Mijn trimvest heeft een volume van 25 l. Op 40 m is 15 l ervan met lucht gevuld. Op welke diepte zal het overdrukventiel openen als ik stijg zonder lucht te laten ontsnappen?Hoeveelheid lucht in trimvest = 5 bar x 15 l = 75 barlInwendige druk trimvest 25 l gevuld = 75 barl / 25 l = 3 barOp minder dan 20 m krijgen we overdruk in de trimvest.



Toepassing: luchtverbruik

• Beschikbare lucht: afhankelijk van inhoud en druk duikfles.

• Persoonlijk verbruik: afhankelijk van ervaring, geslacht, conditie, stress.Elke persoon heeft zijn persoonlijk luchtverbruik, dat we ook het Gemiddelde OppervlakteVerbruik (GOV) noemen.Dit GOV kan variëren van 10 l/min tot méér dan 30 l/min.We kunnen dit bepalen via duikcomputer of via specifieke duik.

• Verbruik op diepte: evenredig met de diepte (Wet van Boyle-Mariotte) Luchtverbruik op diepte = GOV x absolute druk

• Nodige lucht: afhankelijk van GOV, tijd en diepte, inspanning en veiligheidsmarge.



Toepassing: luchtverbruik

• Indien je je persoonlijk verbruik niet kent neem dan als richtwaarde 20 l/min voor een standaard, niet inspannende duik

• We rekenen steeds met een reserve van 50 bar. Dit is niet de gekende duikreserve! Onze berekening heeft tot doel om met 50 bar de oppervlakte te bereiken.

• De afdaling, de bodemtijd, en het stijgen (10 m/min) rekenen we met de druk op de maximale diepte

• Voor elke decompressietrap rekenen we met de traptijd en de druk op de trapdiepte



• Afdalen, bodemtijd en stijgen: 5,5 bar x 20 l/min x 24,5 min = 2695 barl

• Trap 1 op 6 m : 1,6 bar x 20 l/min x 2 min = 64 barl

• Trap 2 op 3 m : 1,3 bar x 20 l/min x 7 min = 182 barl

• Totaal verbruik = 2695 + 64 + 182 barl = 2941 barl

• In druk : 2941 barl / 20 l = 147 bar• Reserve : 200 – 147 bar = 53 bar Deze duik kan nipt uitgevoerd worden• Met deepstop op

45/2 23 m 6/2 3 m dus op 26 m : 3,6 bar x 20 l/min x 1 min = 72 barl of 72 barl / 20 l = 3,6 barReserve = 53 – 3,6 bar = 49,4 bar

Een deepstop is niet mogelijk tijdens deze duik!

Oefening: Je duikt met een dubbelset 10 l op 200 bar en zou graag de hier voorgestelde duik uitvoeren. Ga uit van een verbruik van 20 l/min. Is dit mogelijk?Is er eventueel ook nog een deepstop mogelijk van 1 min?


Gassen: oefeningGassen: oefening

Oefening: Hoelang kan je met een GOV van 20 l/min nog trappen maken op 3 m als je nog 50 bar hebt in een 15 l fles?Absolute druk op 3m: 1,3 barVerbruik op 3m: 20 l/min x 1,3 bar = 26 barl/minHoeveelheid lucht in fles: 50 bar x 15 l = 750 barlResterende tijd op 3m: 750 barl / 26 barl/min = 29 min



De Wet van Gay - Lussac


Wet van Gay-LussacWet van Gay-Lussac

De wet van Gay-Lussac

Bij constant volume is de druk van een hoeveelheid gas recht evenredig met zijn temperatuur in Kelvin

Druk [bar] / Temperatuur [Kelvin] = Constante p / T = Cte

Temperatuur in Kelvin = Temperatuur in °C + 273

• Toepassingen: warm worden duikfles bij vullen, drukdaling in fles indien afkoeling in water, fles openen, bevriezen ontspanner


Gassen : oefeningGassen : oefening

Oefening: Op een zonnige dag (27 °C) wijst mijn manometer 215 bar aan. Tijdens het te water gaan ben ik verbaasd te zien dat de druk nog maar 200 bar bedraagt. Hoe warm is het water?27 °C + 273 300 K200 bar / Temp. water in K = 215 bar / 300 K Ook: Temp. water in K / 200 bar = 300 K / 215 barDus: Temp. water in K = 300 K / 215 bar * 200 bar

= 279 K279 K - 273 6 °C


De algemene gaswetDe algemene gaswet

De algemene gaswet:

druk x volume --------------------- = constante temp in K

Of: p x V ---------- = cte T


SamenvattingSamenvatting

• Gewicht (N) = massa (kg) x 10• Druk (bar) (kracht op een oppervlakte)• Luchtdruk = atmosferische druk = 1 bar• Waterdruk = hydrostatische druk = relatieve druk =

diepte in m / 10 • Absolute druk = som van beiden• Pascal: druk in vloeistof in alle richtingen en met

dezelfde grootte• Dalton: totale druk = som partiële drukken• Boyle-Mariotte: druk x volume = constant• Gay-Lussac: druk / temp in K = constant• Algemene gaswet


Fysische wetten: vloeistoffenFysische wetten: vloeistoffen

De Wet van Archimedes


Wet van ArchimedesWet van Archimedes

• Proef: een voorwerp dat wordt ondergedompeld in water wordt schijnbaar lichter

• Dit verschil tussen het werkelijke gewicht en het schijnbaar gewicht noemen we de opwaartse stuwkracht



De wet van Archimedes

Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse

stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.

Toepassing: Uittrimmen met jacket en lood



Fysische verklaringWe dompelen een kubus van 1m x 1m x 1m onder water tot op een diepte van 10 m.

pabs onderzijde kubus : 2 bar

pabs bovenzijde kubus: 1,9 bar

Oppervlakte kubusvlak: 1 m x 1 m = 1 m²

Kracht op bovenzijde kubus : 190.000 Pa x 1m² = 190.000 N

Kracht op onderzijde kubus: 200.000 Pa x 1m² = 200.000 N

Verschil in kracht tussen bovenzijde en onderzijde (= opwaartse stuwkracht): 200.000 N – 190.000 N = 10.000 N

Volume verplaatste vloeistof: 1 m x 1 m x 1 m = 1 m³

Gewicht van de verplaatste vloeistof (zoet water): 1 m³ x 1.000 kg/m³ x 10 m/s² = 10.000 N



Het drijfvermogen is afhankelijk van het gewicht

Gelijke volumes



Gelijke gewichten

Het drijfvermogen is afhankelijk van het volume



We kunnen volgende toestanden onderscheiden:

1. ZinkenWerkelijk gewicht > opwaartse stuwkracht (schijnbaar gewicht is positief)

2. StijgenWerkelijk gewicht < opwaartse stuwkracht(schijnbaar gewicht is negatief)

3. ZwevenWerkelijk gewicht = opwaartse stuwkracht (schijnbaar gewicht is nul)

4. DrijvenZweven aan de oppervlakte Werkelijk gewicht = opwaartse stuwkracht geleverd door het nog ondergedompelde deel


DichtheidDichtheid

• “.. een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof ” => verschillende vloeistoffen hebben een verschillende massa en dus gewicht !

• Dichtheid ρ = massa gedeeld door volume (kg/m3)Bijvoorbeeld: lood: 11340 kg/m³ hout: 800 kg/m³ piepschuim: 25 kg/m³

• water: verschil naargelang zoutgehalte– dichtheid van zoet water = 1.000 kg/m³

= 1 kg/dm³ = 1 kg/l

– dichtheid van zout water = 1.025 kg/m³ = 1,025 kg/dm³ = 1,025 kg/l

=> extra lood in zout water (meestal 2 à 3 kg)


Vloeistoffen : oefeningenVloeistoffen : oefeningen

Wat ondervindt de grootste opwaartse stuwkracht: 1 dm³ lood of 1 dm³ hout?(zoet water)Beide ondervinden dezelfde opwaartse stuwkracht, nl. het gewicht van de verplaatste vloeistof:

1 dm³ = 1 l water met een massa van 1 kg, en een gewicht van 10 N.De massa van 1 dm³ lood is 11,34 kg, dus een gewicht van 113,4 N zinken.De massa van 1 dm³ hout is 0,8 kg, dus een gewicht van 8 N stijgen.

Zelfde vraag, maar dan voor 1 kg lood en 1 kg hout.Het hout zal een grotere opwaartse stuwkracht ondervinden omdat het volume van het hout groter zal zijn.Gewicht in beide gevallen = 10 NVolume 1 kg lood = 1 kg / 11,34 kg/dm³ = 0,09 dm³ Opwaartse stuwkracht 1 kg lood: 0,09 kg x 10 m/s² = 0,9 N zinkenVolume 1 kg hout = 1 kg / 0,8 kg/dm³ = 1,25 dm³ Opwaartse stuwkracht 1 kg hout: 1,25 kg x 10 m/s² = 12,5 N stijgen



Leg het verband uit tussen een ongecontroleerde opstijging en de wet van Archimedes.Het volume van de jacket (en ook het duikpak) zal blijven toenemen wegens Boyle-Mariotte, waardoor de opwaartse stuwkracht zal blijven toenemen. Gevolg een te grote stijgsnelheid, en gevaar voor longoverdruk en decompressieongeval!

Een aangeklede duiker weegt l00 kg (met een lege duikfles) en heeft een volume van 110 liter. Hoeveel lood moet hij aan doen in zoet water? En in zout water?Volume verplaatste vloeistof = 110 l = 110 dm³Massa verplaatste vloeistof = 110 dm³ x 1 kg/dm³ = 110 kg(Gewicht verplaatste vloeistof = 110 x 10 N = 1100 N = opwaartse stuwkracht)(Gewicht van de duiker = 100 x 10 N = 1000 N)(1100 N – 1000 N = 100 N of dus 100/10 kg = 10 kg lood)Kort: 110 kg – 100 kg = 10 kgIn zout water is de massa verplaatste vloeistof = 110 dm³ x 1,025 kg/dm³ = 112,75 kgDus 112,75 – 100 kg = 12,75 kg



Je anker, met een gewicht van 80 N en een volume van 1 l, bevindt zich op 37 m diepte (zoet). Je wenst met een hefballon het anker naar boven te sturen. Hoeveel bar kost je dit van je 15 l fles?Nodige opwaartse stuwkracht = 80 NMassa van de verplaatste vloeistof = 8 kgVolume verplaatste vloeistof = 8 kg / 1 kg/dm³ = 8 dm³ = 8 l We hebben reeds een volume van 1 l, dus nog 7 l nodig in de ballonNodige lucht = 7 l x 4,7 bar = 32,9 barlAantal bar van de fles = 32,9 / 15 = 2,2 bar

Bij het begin van de duik (zoet water) moet ik op 3 m 2 liter lucht in mijn jacket blazen om perfect uitgetrimd te zijn. Op het einde van de duik (50 bar) ben ik perfect uitgetrimd met een leeg jacket. Hoeveel was de begindruk van mijn dubbelset 10 l?Jacket met 2 l lucht zorgt voor opwaartse stuwkracht van 20 NOp einde duik zijn deze 20 N niet meer nodig, dus is er 2 kg gewicht (lucht) minderLucht weegt 1,3 kg per 1000 barl, dus: 1,3 kg 1000 barl

1 kg 1000 / 1,3 barl 2 kg 1000 / 1,3 * 2 barl = 1538 barl

1538 barl / 20 l = 77 barBegindruk = 77 + 50 bar = 127 bar


Hoofdstuk 2

Gassen en vloeistoffen

Fysica


Fysische wetten: gassen en vloeistoffenFysische wetten: gassen en vloeistoffen

De Wet van Henry


Wet van HenryWet 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

Coolshots.be



De Wet van Henry

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.Dus: hoe groter de druk van het gas op de vloeistof,

hoe meer gas er zal opgelost zijn in de vloeistof.



• 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.



p

pog

=

p

pog

+

p

pog

-

• Verzadiging– Er is evenwicht tussen het opgeloste gas en het vrije

gas.

p = pog

• Onderverzadiging– Als de uitwendige druk stijgt gaat de vloeistof gas

oplossen naar een nieuwe evenwichtstoestand.

p > pog

• Oververzadiging– De druk van het vrije gas vermindert. Het opgeloste

gas gaat uit de vloeistof treden om een nieuwe evenwichtstoestand te bereiken.

p < pog



Link met de duiksport:• Tijdens het duiken ademen we lucht. De zuurstof

verbruiken we (stofwisseling). Het is het oplossen van stikstof dat ons aanbelangt.

• Ons organisme bestaat uit ca. 70% vloeistoffen die stikstof kunnen oplossen.

• Tijdens het duiken verhoogt de partiële druk van stikstof en zullen onze weefsels verzadigen naar een nieuwe evenwichtstoestand.

• Tijdens het stijgen moeten we zo stijgen dat het ontgassen (partiële druk van stikstof daalt) gecontroleerd gebeurt en geen belvorming optreedt.



• Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren :

T : Temperatuur (temp.↓ oplossen gas↑) duiken in koud water!A : Aard van het gas (duiken met helium ipv stikstof, andere

decompressiemodellen)A : Aard van de vloeistof (meer in vet dan in

waterachtige oplossing)R : Raakoppervlak (raakopp.↑ oplossen gas↑)

longen groot raakoppervlakT : Tijd (tijd↑ oplossen gas↑)

langer duiken, meer stikstof



Het begrip “periode”:• Het oplossen van een gas in een vloeistof gebeurd door diffusie.

Deze diffusie is niet ogenblikkelijk maar gebeurt eerst snel en verloopt daarna steeds trager en trager.

• Periode (halfwaardetijd) = De tijd die nodig is om een bepaalde vloeistof voor DE HELFT te verzadigen met een bepaald gas (drukverschil halveren).

• Verzadigen gebeurt dus als volgt: 50%, dan 25% bij, dan 12,5%, dan 6,25%, dan 3,125% ...Na 6 perioden veronderstellen we dat een vloeistof “volledig verzadigd” is.

• Ontzadigen gebeurt op dezelfde manier, al kan dit met een andere periode zijn dat het verzadigen.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Satura

tiein

% v

antota

leverzadig

ing

tijd inminuten

Saturatie -endesaturatieverloop

T =5 min.T =10


PERIODE% opgelost gas bij

begin periodeNog op te lossen %

Opgelost tijdens de periode

% opgelost na de periode

1 0% 100% 100% x ½ = 50% 0% + 50% = 50%

2 50% 50% 50% x ½ = 25% 50% + 25% = 75%

3 75% 25% 25% x ½ = 12,5% 75% +12,5% = 87,5%

4 87,5% 12,5% 12,5% x ½ = 6,25% 87,5% + 6,25% = 93,75%

5 93,75% 6,25% 6,25% x ½ = 3,125% 93,75% + 3,125% = 96,875%

6 96,875% 3,125% 3,125% x ½ = 1,5625%96,875% + 1,5625% = 98,4375%



Link met de duiksport:• Ons lichaam wordt

voorgesteld als een verzameling van weefsels (vloeistoffen) met verschillende perioden.


Hoofdstuk 3

Waarneming

Fysica


GeluidGeluid

Geluidssnelheid in de lucht = ± 340 m/s

Geluidssnelheid in zoet water = ± 1.440 m/s(afhankelijk van de temperatuur)


GeluidGeluid

• 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: zowel richting van als afstand tot de geluidsbron is niet of zeer moeilijk te bepalen. (bvb. lokaliseren van overvarende boten)


LichtLicht

Licht


LichtLicht

Lichtbreking

• Lichtstralen worden weerkaatst bij schuine inval onder een hoek gelijk aan de invalshoek

• Een lichtstraal uit het water onder een hoek van 48°45’ zal niet uit het water treden

Luch

tW

ater

i i’

r

i =Invalshoeki’ =Weerkaatsingshoekr =Brekingshoek


LichtLicht

Lichtbreking• Licht dat van het éne medium naar het

andere overgaat wordt gebroken.• Onze ogen zijn voorzien om licht te zien

vanuit de omgeving lucht. Onder water is dit niet zo, en dragen we daarom een duikbril.

• Ook het dragen van een duikbril zorgt weer voor afwijkingen, aangezien er een extra breking water-lucht bijkomt– Boven water :

• Medium1 = lucht• Medium2 = oogvocht

– Onder water met duikbril:• Medium1 = water• Medium2 = lucht• Medium3 = oogvocht


LichtLicht

Lichtbreking

• Alle voorwerpen onder water worden 1/3 groter dan werkelijk,alle voorwerpen lijken 1/4 korter bij dan werkelijk.

• Ons gezichtsveld vermindert met 25%.


LichtLicht

Lichtabsorptie

• Water werkt als en kleurenfilter.

• De warmste kleuren verdwijnen het eerst, op diepte blijft enkel blauw over.

• De selectieve absorptie gebeurd in functie van de afstand dat het licht moet afleggen (<> diepte)

• Gebruik duiklamp

10

20

30

40

50

60


LichtLicht

Lichtverstrooiing

• Wanneer een lichtbundel invalt op een verzameling van kleine deeltjes dan zal dit licht verstrooid worden:

1. RALEIGH : Deeltjes ≤ golflengte van het licht:– Verstrooiing is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte– Blauw licht wordt 12 maal zo sterk verstrooit dan rood licht– Voorbeelden : Middellandse Zee, blauwe lucht, rode zonsondergang

2. TYNDALL : Deeltjes > golflengte van het licht:– Deeltjes : plankton, zweefvuil, …– Verstrooiing is minder afhankelijk van de golflengte– Eerder groene kleur– Voorbeeld : de Noordzee


TemperatuurTemperatuur

Warmtetemperatuur• Water heeft zijn grootste dichtheid bij ca. 4°C.

Dit wil zeggen dat 1 liter water bij deze temperatuur het zwaarst is.

• Gevolgen:– IJs drijft en ijsbergen drijven– Op grote diepte is de temperatuur van het water 4°C


SamenvattingSamenvatting

• Wet van Archimedes: opwaartse stuwkracht = gewicht verplaatste vloeistof

• Wet van Henry: hoe groter druk gas op vloeistof, hoe meer opgelost gas in vloeistof

• Onderverzadiging, verzadiging, oververzadiging• TAART• Geluid in water• Lichtbreking en zicht met duikbril• Lichtabsorptie• Lichtverstrooing• Water van 4°C zwaarst


Fysica: Verwachtingen 3-sterduikerFysica: Verwachtingen 3-sterduiker

De Wet van Boyle - Mariotte kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren

De samenstelling en het gewicht van lucht kennen (20-80)

De Wet van Henry kennen en de verbanden tussen deze wet en het decompressieongeval inzien

De Wet van Archimedes kennen en begrijpen en alle courante toepassingen ervan in de duiksport kunnen verklaren

De Wet van Dalton kennen en begrijpen (kennis bezitten van het begrip partiële druk)

Het gedrag van geluidsgolven onder water kennen alsook de gevaren ervan tijdens het duiken inzien

Eenvoudige berekeningen kunnen maken met het begrip druk

Weten dat er uitfiltering van kleuren is in water en dat alle objecten groter en dichterbij lijken dan zij zijn


Te kennen leerstof:

NELOS Infomap pag. 90


Einde

Fysica

Sportduiken onze passie. Fysica: waarom? •Om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken...

Documents

Transcript of Sportduiken onze passie. Fysica: waarom? •Om te begrijpen waarmee we bezig zijn als we gaan duiken...