КУРС ПЛОВЕЦ-СПАСАТЕЛЬ (АКВАЛАНГИСТ)

ВОДОЛАЗНЫЙ ЦЕНТР «HAISEN DIVERS»

Часть 1

ФИЗИКА И ФИЗИОЛОГИЯ

· Человек, вода, газы

· Различия

· Физические условия подводного плавания

· Вода и её свойства

· Давление

· Вес и плотность

· Действие воды на организм

· Плавучесть

· Сопротивление

· Видимость

· Зрение

· Ориентирование

· Слышимость

· Охлаждение

· Кровообращение

· Дыхание

· Задержка дыхания при нырянии

· Насыщение организма газами

· Влияние на организм парциального давления газов

· Кислород

· Азот

· Углекислый газ

· Угарный газ

· Инертные газы

· Законы газовой динамики

· Бойля-Мариотта

· Гей-Люссака

· Дальтона

· Генри

· Дыхательная и кровеносная системы

· Дыхательная система

· Кровеносная система

Часть 1

ФИЗИКА И ФИЗИОЛОГИЯ

ЧЕЛОВЕК, ВОДА, ГАЗЫ

Различия

Мы живем в мире воздуха; с аквалангом мы будем находиться в мире воды. Воздух - газ. Он полностью заполняет любую закрытую емкость, принимая её форму. Каждый раз, когда мы дышим, воздух проникает в наши лёгкие и выходит оттуда. Лёгкие расширяются и опадают. Мы можем сжать большое количество воздуха в баллон акваланга при помощи компрессора, и затем использовать его для дыхания, понижая его давление до необходимого при помощи редуктора акваланга.

Иногда, вместо воздуха, применяются специальные смеси, позволяющие дольше находиться под водой и опускаться глубже, чем это возможно на воздухе.

Вода - жидкость. Она также заполняет любой закрытый объём, принимая его форму. Но в отличие от воздуха она практически несжимаема. Вода намного тяжелее и плотнее воздуха. Прыгая в плавательные бассейн, Вы имеете некоторую начальную скорость, которая резко замедляется, когда Вы соприкасаетесь с водой. Повышенная плотность воды оказывает воздействие на наше погружение несколькими путями.

Физические условия подводного плавания

Организм человека приспособлен к существованию в воздушной среде. В воде - среде почти в 800 раз более плотной, чем воздух, - человеческий организм ведет себя совершенно иначе, чем на суше. Поэтому желание людей проникнуть в глубину моря, связано с преодолением многих трудностей физического, физиологического и психического характера.

Вода и её свойства

Вода: вещество, находящееся в промежуточном состоянии между твёрдым и газообразным, устойчивое химическое соединение водорода с кислородом.

Вода имеет свои определенные физические свойства: температуру, плотность, давление, цвет, прозрачность, скорость распространения звука, электропроводность и соленость. Вода единственное из всех веществ на Земле, так как встречается в естественных условиях в трех физических состояниях: жидком, твердом и газообразном.

Давление

В обычных условиях человек испытывает давление в одну атмосферу, т.е.1 кг. на каждый квадратный сантиметр кожного покрова. В целом, это составляет нагрузку примерно в 16 тонн(150 км. воздушного столба). Но давление воздуха внутри организма уравновешивает давление извне. Вода значительно тяжелее, чем воздух. Погружаясь в нее, человек испытывает повышение давление, величина которого определяется весом столба воды над ним. Чем глубже погружение, тем больше величина давления. Так, при погружении в воду на глубину 10 метров давление на тело снаружи увеличивается приблизительно в два раза по сравнению с атмосферным. На глубине 20 метров оно утраивается и так далее. На глубине 1000м. Давление составит 100 атм. Поскольку человек на 70% состоит из воды, которая почти несжимаема, ничего страшного с ним не происходит, но в теле человека достаточно много воздушных полостей, которые реагируют на изменение давления. Если бы вода была несжимаема вообще, то уровень мирового океана повысился на 27м. от существующего.

Например, на глубине 10 метров у человека могут лопнуть барабанные перепонки. Усиливается также сжатие грудной клетки. Кроме того, следует помнить, что наибольший относительный прирост давления (100%) приходится на первые 10 метров погружения. В этой критической зоне наблюдаются значительные физиологические перегрузки, наиболее опасные для начинающих пловцов-подводников.

Вес и плотность

Удельный вес воды зависит от температуры и плотности. В свою очередь, плотность, хотя и незначительно, изменяется под действием температуры. Так, при 20°С плотность воды на 0,2% меньше, чем при 4°С. Дистиллированная вода, свободная от всяких примесей, при температуре 4°С имеет удельный вес 1, т.е. 1 мл. воды весит 1 г. Вода служит условной единицей, с которой сравниваются удельные веса всех жидкостей и твердых тел. Морская вода тяжелее речной на 2,5-3% из-за наличия в ней большого количества солей, а удельный вес ее в среднем равен 1,025. Удельный вес тела имеет значение при определении плавучести.

Действие воды на организм

Плавучесть При погружении в воду на любое тело действуют две противоположно направленные силы - сила тяжести и сила плавучести. Сила тяжести - это собственный вес тела. Она направлена вертикально вниз. Точка приложения ее называется центром тяжести.

Одновременно вода препятствует погружению тела, как бы выталкивая его на поверхность. Эту выталкивающую силу называют силой плавучести. Она направлена вертикально вверх. Точка приложения этой силы называется центром плавучести. По закону Архимеда тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненный им объем жидкости. Таким образом, все зависит от объема жидкости, который вытесняет тело во время погружения. Больший объем - большая сила плавучести и наоборот.

В том случае, когда вес тела больше веса вытесненной им воды, оно будет тонуть, так как обладает отрицательной плавучестью. Если же вес объема вытесненной жидкости больше собственного веса тела, то последнее будет плавать, обладая положительной плавучестью, величина которой равна разности между весом объема вытесненной жидкости и весом тела. От умения уравновесить себя в воде зависит успех работы, и даже безопасность пребывания под водой.

Вследствие большой плотности воды человек среднего телосложения, погружаясь в нее, находится в условиях, близких к состоянию невесомости. При выдохе человек средней комплекции имеет отрицательную плавучесть 1-2 кг. - разность между весом вытесненной телом воды и его весом. При вдохе появляется незначительная положительная плавучесть.

При плавании в гидрокостюме за счет воздуха в его складках положительная плавучесть увеличивается, что затрудняет погружение в воду.

Избыточная плавучесть регулируется с помощью грузов. Для плавания под водой обычно создают нейтральную или незначительную отрицательную плавучесть 0,5-1 кг. Большая отрицательная или положительная плавучесть требует постоянных активных движений для удержания на нужной глубине. Значительная отрицательная плавучесть может создаваться при работах с опорой на грунт или объект.

Сопротивление

Сопротивление воды оказывает заметное влияние на скорость плавания.

При плавании под водой сопротивление движению меньше, так как пловец-подводник принимает более горизонтальное положение и ему не надо периодически поднимать голову из воды, чтобы сделать вдох. Кроме того, под водой меньше тормозящая сила волн и завихрений, возникающих в результате движений пловца. Опыты в бассейне показывают, что один и тот же человек, проплывающий дистанцию 50 метров брассом за 37,1 сек. под водой, проплывает то же расстояние за 32,2 сек.

Видимость

Видимость в воде зависит от количества и состава растворенных в ней веществ, - взвешенных частиц, которые рассеивают световые лучи. В мутной воде даже при ясной солнечной погоде видимость почти отсутствует. Глубина проникновения света в толщу воды зависит от угла падения лучей и состояния водной поверхности. Косые солнечные лучи, падающие на поверхность воды, проникают на малую глубину, и большая часть их отражается от поверхности воды. Слабая рябь или волна резко ухудшают видимость в воде.

Лучи с различной длиной волны поглощаются неравномерно. Длинноволновая часть видимого спектра (красные лучи) почти полностью поглощается поверхностными слоями воды. Коротковолновая часть (фиолетовые лучи) в наиболее прозрачной океанской воде может проникать на глубину до 800 м. Зеленые лучи не проникают глубже 1000 м.

Зрение

Зрение под водой имеет свои особенности. Вода обладает примерно такой же преломляющей способностью, как и оптическая система глаза. Если пловец погружается без маски, то лучи света проходят через воду и попадают в глаз, почти не преломляясь. При этом лучи сходятся не на сетчатой оболочке, а значительно дальше, за ней. В результате острота зрения ухудшается в 100-200 раз, а поле зрения уменьшается, вследствие чего изображение предметов получается неясным, расплывчатым, человек становится как бы дальнозорким.

При погружении пловца-подводника в маске световой луч из воды проходит слой воздуха в маске, попадает в глаз и преломляется в его оптической системе как обычно. Но пловец-подводник при этом видит изображение предмета несколько ближе и выше его действительного местоположения. Сами же предметы кажутся под водой значительно больше, чем в действительности. Но опытные пловцы приспосабливаются к этим особенностям зрения и не испытывают затруднений.

Резко ухудшается в воде цветоощущение. Особенно плохо воспринимаются синий и зеленый цвета, которые близки к естественной окраске воды, лучше всего - белый и оранжевый.

Ориентирование

Ориентирование под водой представляет определенные трудности. На поверхности человек ориентируется в окружающей среде с помощью зрения, а равновесие его тела поддерживается с помощью вестибулярного аппарата, мышечно-суставного чувства и ощущений, возникающих во внутренних органах и коже при изменении положения тела. Он все время испытывает действие силы тяжести (чувство опоры) и воспринимает малейшее изменение положения тела в пространстве.

При плавании под водой человек лишен привычной опоры. В этих условиях из органов чувств, ориентирующих человека в пространстве, остается надежда лишь на вестибулярный аппарат, на отолиты которого продолжают действовать силы земного тяготения. Особенно затруднено ориентирование под водой человека с нулевой плавучестью. Под водой пловец с закрытыми глазами допускает ошибки в определении положения тела в пространстве на угол 10-25°.

Больше значение для ориентирования под водой имеет положение человека. Наиболее неблагоприятным считается положение на спине с запрокинутой назад головой. При попадании в слуховой проход холодной воды вследствие раздражения вестибулярного аппарата у пловца появляется головокружение, затрудняется определение направления и ошибка часто достигает 180°.

Для ориентирования под водой пловец вынужден использовать внешние факторы, сигнализирующие о положении тела в пространстве: направление солнечного света, течение, естественные и искусственные ориентиры, движение пузырей выдыхаемого воздуха, буйки и специальные приборы: компас, лаг, навигатор. Большое значение для ориентирования под водой имеет тренировка.

Слышимость

Слышимость в воде ухудшается, так как звуки под водой воспринимаются преимущественно путем костной проводимости, которая на 40% ниже воздушной. Дальность слышимости при костной проводимости зависит от тональности звука: чем выше тон, тем лучше слышен звук. Это имеет практическое значение для связи пловцов между собой и с поверхностью.

Звук в воде распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в атмосфере (1500м/сек.), поэтому под водой сигнал от источника звука, расположенного сбоку, поступает в оба уха почти одновременно, разница составляет менее 0,00001 секунды. Столь незначительная разница по времени поступления сигнала плохо дифференцируется, и четкого пространственного восприятия звука не происходит. Следовательно, установить направление на источник звука под водой человеку трудно.

Охлаждение

Охлаждение организмам воде протекает гораздо интенсивнее, чем на воздухе. Теплопроводность воды в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза больше, чем воздуха. Если на воздухе при 4°С человек может без особой опасности для своего здоровья находиться в течение 6 часов и при этом температура тела у него почти не понижается, то в воде при такой же температуре незакаленный человек без защитной одежды в большинстве случаев погибает от переохлаждения уже спустя 30-40 минут. Охлаждение организма усиливается с понижением температуры воды и при наличии течения.

В воздушной среде интенсивные теплопотери при температуре воздуха 15-20°С происходят в результате излучения (40-45%) и испарения (20-25%), а на долю теплоотдачи с помощью проведения приходится лишь 30-35%. В воде у человека без защитной одежды тепло в основном теряется в результате теплоотдачи. На воздухе теплопотери происходят с площади, составляющей около 75% поверхности тела, так как между соприкасающимися поверхностями ног, рук и соответствующими областями туловища существует теплообмен. В воде же теплопотери происходят со всей поверхности тела.

Воздух, непосредственно соприкасающийся с кожей, быстро нагревается и фактически имеет более высокую температуру, чем окружающий. Даже ветер не может полностью удалить с кожи этот слой теплого воздуха. В воде с ее большой удельной теплоемкостью и большой теплопроводностью слой, прилегающий к телу, не успевает нагреваться и легко вытесняется холодной водой. Поэтому температура поверхности тела в воде понижается интенсивнее, чем на воздухе. Кроме того, вследствие неравномерного гидростатического давления воды нижние области тела, которые испытывают большее давление, охлаждаются быстрее и имеют температуру кожи ниже, чем верхние, менее обжатые водой. Особенно сильно охлаждаются конечности.

Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде при одной и той же температуре различны. В таблице дана сравнительная характеристика ощущений человека при одинаковой температуре воды и воздуха.

Вследствие интенсивного охлаждения и обжатия гидростатическим давлением кожная чувствительность в воде понижается, болевые ощущения притупляются, поэтому могут оставаться незамеченными небольшие порезы и даже раны.

Кровообращение

Кровообращение под водой в силу неравномерного гидростатического давления на различные участки тела имеет свои особенности. Например, при вертикальном положении человека среднего роста (170 см) в воде независимо от глубины погружения его стопы будут испытывать гидростатическое давление на 0,17 кг/см2 больше, чем голова. К верхним областям тела, где давление меньше, кровь приливает (полнокровие), от нижних областей тела, где давление больше, отливает (частичное обескровливание). Такое перераспределение тока крови увеличивает нагрузку на сердце, которому приходится преодолевать большее сопротивление движению крови по сосудам.

При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика - всего 0,02-0,03 кг/см2 и нагрузка на сердце возрастает незначительно.

Дыхание

Дыхание под водой возможно лишь при том условии, если внешнее давление воды равно внутреннему давлению воздуха в системе "легкие - дыхательный аппарат". Несоблюдение этого равенства затрудняет дыхание или делает его вообще невозможным. Так, дыхание через трубку на глубине 1 метр при разности между внешним и внутренним давлением 0,1 кг/см2 требует большого напряжения дыхательных мышц и долго продолжаться не может, а на глубине 2 метра дыхательные мышцы уже не в состоянии преодолеть давление воды на грудную клетку.

Человек в покое на поверхности делает 12-24 вдохов-выдохов в минуту, и его легочная вентиляция (минутный объем дыхания) составляет 6-12 л/мин.

В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более 1/6 всего находящегося в них воздуха. Остальной воздух остается в альвеолах легких и является той средой, где происходит газообмен с кровью.

При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.

Если сопротивление дыханию достигает 60-65 мм. рт. ст., то дышать становится трудно и дыхательные мышцы быстро утомляются. Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях, что приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.

Задержка дыхания при нырянии

Особенностью ныряния является задержка дыхания во время интенсивной физической нагрузки, когда в организм не поступает кислород, столь необходимый для работы мышц и, главное, мозга. При этом, в зависимости от нагрузки, потребление кислорода организмом увеличивается до 1,5-2 л/мин. Охлаждающее действие воды тоже способствует увеличению потребления кислорода, вызывая кислородную недостаточность.

В воде во время ныряния потребность сделать вдох некоторое время не ощущается. Это происходит до тех пор, пока парциальное давление углекислого газа в крови не достигнет величины, необходимой для возбуждения дыхательного центра. Но и в этом случае усилием воли можно подавить потребность сделать вдох и остаться под водой. При продолжительном воздействии углекислого газа на дыхательный центр его чувствительность понижается. Поэтому нестерпимая вначале потребность сделать вдох в дальнейшем притупляется.

Появление потребности сделать вдох является для ныряльщика сигналом к всплытию на поверхность!

Если же ныряльщик не всплывает, то по мере расхода запасов кислорода, содержащегося в воздухе легких, начинают развиваться явления кислородного голодания, которые быстротечны и заканчиваются неожиданной потерей сознания. Кислородное голодание - наиболее частая причина гибели при нырянии.

Длительность произвольной задержки дыхания у взрослого здорового человека в состоянии покоя в среднем составляет 40-55 секунд. Профессионалы-ныряльщики могут задерживать дыхание на 3-4 минуты и более.

Насыщение организма газами

Пребывание под повышенным давлением влечет за собой насыщение организма газами, которые растворяются в тканях и органах. При атмосферном давлении на поверхности в организме человека массой 70 кг. растворено около 1 л. азота. С повышением давления способность тканей организма растворять газы увеличивается прямо пропорционально абсолютному давлению воздуха. Так, на глубине 10 м. (абсолютное давление воздуха для дыхания - 2 кг/см2) в организме уже может быть растворено 2 л. азота, на глубине 20 м. (3 кг/см2) – 3 л. азота и т.д.

Степень насыщения организма газами зависит от их парциального давления, времени пребывания под давлением, а также от скорости кровотока и легочной вентиляции. При физической работе частота и глубина дыхания, а также скорость кровотока увеличиваются, поэтому насыщение организма газами находится в прямой зависимости от интенсивности физической нагрузки пловца-подводника.

Снижение давления (декомпрессия) вызывает насыщение организма от индифферентного газа (азота). Избыток растворенного газа при этом попадает из тканей в кровяное русло и током крови выносится в легкие, откуда путем диффузии удаляется в окружающую среду. При слишком быстром всплытии растворенный в тканях азот образует пузырьки различной величины. Током крови они разносятся по всему телу и вызывают закупорку кровеносных сосудов, что приводит к декомпрессионной (кессонной) болезни.

Влияние на организм парциального давления газов

Воздействие газов на организм человека под давлением существенно отличается от воздействия его при атмосферном давлении

Кислород (О2) - в норме составляет в воздухе 20-21%, при уменьшении до 18%-начинается кислородное голодание, что приводит к снижению работоспособности, а в случаях острого кислородного голодания - к потере сознания. При повышении до 28% происходит кислородное отравление. Так, при дыхании чистым кислородом в атмосферных условиях уже после 72-часов в легких развиваются воспалительные явления. На глубине 18-20 метров кислород становится смертельно опасным газом.

Факторы, предрасполагающие к возникновению кислородного отравления, это: содержание во вдыхаемом воздухе примеси углекислого газа, напряженная физическая работа, переохлаждение или перегревание.

Спускаться в кислородных аппаратах в любительском дайвинге запрещено. В обычных аппаратах отравление воздухом могло бы происходить на глубине 130 - 140 метров.

Азот (N2) - в норме составляет 78%, участия в обмене веществ не принимает, но усиленно растворяется в крови и тканях организма. Скорость и количество растворённого азота зависит от глубины и времени нахождения под водой.

На глубине у пловца появляется возбуждение, снижаются трудоспособность и внимательность, затрудняется ориентировка, иногда наблюдается головокружение, могут развиться зрительные и слуховые галлюцинации. Пороговое значение азотного наркоза не определено и варьируется от 15 до 40 м. Практически на глубинах свыше 80 м. пловец становится нетрудоспособным, и спуск на эту глубину при дыхании воздухом возможен только на очень короткое время.

Углекислый газ (СО2)- в норме составляет 0,03%. Это конечный продукт окислительных процессов происходящих в организме. При 3% содержании СО2 в воздухе проявляется отравляющее действие, при 10% и более - человек теряет сознание.

Поддержание нормального содержания углекислого газа в организме регулируется центральной нервной системой, которая очень чувствительна к его концентрации. Повышенное содержание углекислого газа в организме приводит к отравлению, пониженное - к снижению частоты дыхания и его остановке (апноэ).

Необходимо строго следить за содержанием углекислого газа во вдыхаемом воздухе.

Угарный газ СО - исключительно опасен даже при концентрации 0,05%. Это выхлопные газы автомобилей, компрессора с двигателем внутреннего сгорания.

Инертные газы - гелий, неон, аргон и т.д. заметного влияния на организм при повышенном давлении не оказывают.

Законы газовой динамики

· Бойля-Мариотта

** Во сколько раз увеличивается давление, во столько раз уменьшается объём, а плотность возрастает. Знание этого закона позволяет рассчитывать время под водой.

· Гей-Люссака

* При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален изменению его температуры.

** Знание этого закона позволяет определить давление воздуха в баллонах при изменении температуры, запаса воздуха и времени пребывания под водой.

· Дальтона

* Давление смеси газов равно сумме парциальных (частичных) давлений каждого газа, составляющего смесь, т.е. тех давлений, которые производил бы каждый газ в отдельности при той же температуре.

** Например, каждая из нескольких гирь будет оказывать одно и то же давление на чашу весов, независимо от нахождения на чаше других гирь.

· Генри - количество газа, растворённого в жидкости, прямо пропорционально его парциальному давлению.

* Знание парциальных давлений газов в смеси позволяет правильно оценить действия этих газов.

Дыхательная и кровеносная системы человека

Дыхательная система

Каждой клетке в ткани любого органа необходима энергия. Её источник в организме - непрерывный распад и окисление органических соединений. Так как в процессе окисления участвует кислород - клетки нуждаются в его постоянном притоке. В результате окисления образуется вода и углекислый газ, которые удаляются из организма.

Снабжение клеток кислородом и удаление из них углекислого газа осуществляется кровью. Обмен газов между кровью и воздухом происходит в лёгких.

Систему органов дыхания составляют: ротовая и носовая полости, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы (лёгочные пузырьки).

Лёгочные пузырьки образуют губчатую массу, которая формирует лёгкие, заполняющие всю грудную полость, за исключением места занятого сердцем, воздухоносными путями, пищеводом и кровеносными сосудами.

Трахея - хрящевидная трубка составленная из полуколец, соединенных между собой связками и мышцами. Она разветвляется на 2 бронха, которые входят в правое и левое легкое.

Лёгкие- парные органы. В легких каждый из бронхов разветвляется на множество бронхиол, которые в свою очередь заканчиваются гроздьями альвеолярных пузырьков, заполненных воздухом, стенки которых густо оплетены сеткой капилляров.

Снаружи каждое лёгкое покрыто плотной оболочкой-плеврой. Такая же оболочка выстилает внутреннюю стенку грудной полости. У здоровых людей микроскопическая щель между этими двумя оболочками (плевральная полость) заполнена плевральной жидкостью. Её назначение- уменьшать трение лёгких о стенки грудной полости.

Кровеносная система

Система кровообращения человека представлена сердцем и кровеносными сосудами. Сердце, полый мышечный орган, как насос гонит кровь по сосудам, обеспечивая непрерывное движение.

Сердце разделено сплошной перегородкой на две части - правую и левую. Каждая часть сердца разделена на два сообщающихся отдела: верхний - предсердие, правый-желудочек. Именно желудочек проталкивает кровь по сосудам.

Таким образом, сердце у человека, как и у всех млекопитающих, четырехкамерное.

Всё тело человека пронизано сосудами.

Артерии - сосуды, по которым кровь движется от сердца. В артериях кровь находится под давлением, и кровь в них ярко красного цвета, насыщенная кислородом.

Артерии, по мере их удаления от сердца ветвятся и распадаются на мельчайшие капилляры.

Отдавшая кислород кровь возвращается обратно к сердцу по венам. Она имеет тёмно- красный цвет и небольшое давление.

Движение крови в организме происходит по двум замкнутым кругам- малому и большому.

Малый круг: от правого желудочка через артерии, капилляры и вены лёгких до левого предсердия.

Большой круг: от левого желудочка через артерии, капилляры и вены всех органов тела до правого предсердия. В состоянии покоя сердце сокращается приблизительно 70-75 раз/мин. За сутки оно перекачивает около 10 т. крови.

Вернуться

Хостинг от uCoz