Какова сила давления на каждый квадратный метр подводной лодки

Почему батискаф смог, а подводная лодка никак? Пределы подводной живучести.

Задумывались ли вы о том, на каких глубинах под водой плавают подводные лодки? Когда задаю такой вопрос ученикам, лишь малая часть дает верный ответ. Часто мнения скачут от “сто метров” до “5 километров”.

В первую очередь, говоря о рабочей глубине* мы будем ориентироваться на военные подлодки. Погружение в глубину – дело непростое, поэтому до поры до времени создание подлодок было под силу лишь государствам, а они в свою очередь были заинтересованы такими аппаратами с военной точки зрения.

Итак, ко времени Первой Мировой войны глубина погружения подлодок составляла 30-60 метров. Всего. Вот подлодка Е-14 ВМФ Великобритании. Погружалась до 60 метров.

Главная проблема с глубиной погружения состоит в том, чтобы выдерживать растущее внешнее давление. На каждые 10 метров глубины давление воды растет на 1 атмосферу. Таким образом на 100 метровой глубине избыточное давление будет равно 10 атмосфер. Можете представить это так: на каждый квадратный метр лодки давит сила, равная весу двух железнодорожных цистерн, поставленных одна на другую. А глубже давление еще больше!

Однако военные требовали, инженеры трудились в поте лица и во Вторую Мировую войну у нас уже были подводные лодки, погружающиеся на 100-300 метров в глубину! При этом военные подводники находились в среде комфортного атмосферного давления, а снаружи на корпус давили уже сотни тонн воды.

Вот пример компоновки советской подводной лодки типа “Щ” или “Щука”, ее модификации и фотографии:

Данная подлодка выпускалась до начала Второй мировой и имела глубину погружения до 90-100 метров.

Время шло, холодная война подливала масла в огонь, и в итоге в мире появились атомные субмарины, способные погружаться еще глубже, находиться под водой неограниченно долго и даже нести на борту ядерные ракеты.

Первые из них проектировались на глубины около 300 метров. Но постепенно запас прочности рос. И в 1985 году АПЛ “Комсомолец” установила до сих пор не побитый рекорд погружения в 1027 метров. В целом рабочие глубины атомных подводных лодок находятся в пределах 400-800 метров. То есть даже 1 километр глубины подлодке “не по зубам”!

И вот тут нам стоит обратить внимание на. батискафы!

Эти удивительные создания годятся для почти любых глубин. Особенно лучшие из них.

Одним из первых был создан FNRS-2, сконструированный Огюстом Пикаром в 1948. О семье Пикаров я уже писал здесь . Он погружался на глубины до 4 000 метров. Затем аппарат был доработан в FNRS-3.

А после те же Пикары создали батискаф “Триест”. Именно на нем было совершено погружение в Марианскую впадину на глубину практически 11 километров под водой.

Существуют пилотируемые подводные аппараты, условно называющиеся беспоплавковыми, которые иногда не относят к батискафам, но по сути конструкционно они от батискафов мало отличаются. Просто вместо бензина используют для поплавка другой материал, например синтактическую пену. Таковы американские “Алвины”, погружающиеся до 4500 метров.

Похожая конструкция у наших аппаратов “Мир”, который способен опускаться под поверхность океана на глубины до 6500 метров.

Кстати, с помощью именно этих аппаратов исследовали затонувший “Титаник”.

Так почему же подводные лодки опускаются до 800 метров, а батискафы гораздо ниже?

Дело тут вот в чем. Подводная лодка именно в силу своих функций и требований быстроходности имеет удлиненную цилиндрическую форму. А это значит, что в разных точках поверхности защищенного от давления корпуса она имеет разную кривизну. С одной стороны если мы посмотрим на сечение подводной лодки, то увидим вот какое распределение давления:

Это идеальная геометрия. Внешнее давление, равномерно распространяясь по кругу, превращается в материале в напряжение сжатия. Все металлы отлично работают на сжатие, но гораздо хуже на изгиб. И особенно конструкционные материалы чувствительны к так называемым концентраторам напряжения. К ним могут относиться и отверстия, и наплывы, и неравномерность толщины, и также изменение кривизны.

А если мы посмотрим на подводную лодку “в профиль”, то увидим как раз эти зоны повешенных напряжений там, где цилиндр переходит в сферу. Ну, и конечно, топедные отсеки, элементы хвоста также имеют повышенное нагружение. Вот зоны повышенного напряжения на рисунке.

Рисунок очень приблизительный. Главная его идея в том, чтобы показать, что в зонах повышенных напряжений они могут в разы, а порой и в 10 раз превосходить номинальные. Именно из-за этого подводные лодки имеют ограниченную глубину погружения.

А что же батискаф?

Его жилая зона практически всегда – это идеальная сфера. Поэтому все внешнее давление превращается в идеальное напряжение сжатия, с которым отлично работают металлы. Именно это помогает батискафам удерживать огромное давление. Материалом сферы могут быть специальные сплавы, как у “Триеста”, или даже особое стекло, как у “Тритонов”.

Вот в чем главная разница в живучести на больших глубинах между батискафами и подводными лодками.

Есть и еще одно техническое различие между подводными лодками и батискафами. Оно касается того, как подводные аппараты меняют глубину, то есть опускаются или всплывают, и как они удерживают нужную глубину в течение длительного времени.

Подводные лодки имеют 2 способа это делать. Во-первых это заполнение балластных цистерн водой для погружения, либо их продувка сжатым воздухом для всплытия. А второй способ – это работа рулями глубины. Фактически подводные лодки зачастую идут глубже, чем уровень “равновесия” между силой тяжести и силой архимеда именно благодаря силам, создаваемым рулями. Их действие похоже на действие крыльев и рулей высоты у самолета, только направлены возникающие гидродинамические силы не вверх, а вниз. И частично всплывать подлодка также может при заполненных балластных цистернах, благодаря рулям глубины. Но делать это все она может только в движении.

У батискафа только один способ – либо заполнять балластные цистерны водой, либо продувать их. Плюс на борту батискафов часто есть запас балластных грузов. Например, на “Триесте”, опускавшемся в Марианскую впадину, использовалась мелкая металлическая дробь. Если ее сбросить, аппарат начинает всплывать. Чтобы зависнуть на одной глубине, пилот батискафа обычно подбирает баланс между заполнением цистерн водой и сбросом части балластного груза.

Пожалуй, на этом всё.

Расскажите, что вы уже про это знали? Возможно, я упустил какие-то моменты? Буду рад дополнить статью.

Какова сила давления на каждый квадратный метр подводной лодки

Под давлением в 1000 атмосфер

Несколько слов о давлении на больших глубинах. Воздушная оболочка Земли давит на каждый квадратный сантиметр ее поверхности с силой примерно в 1 килограмм. Это давление принято называть 1 атмосферой. В море с каждыми 10 метрами давление увеличивается на 1 атмосферу. Следовательно, на глубине 10000 метров давление достигает почти 1000 атмосфер. Что означают эти цифры?

Достаточно опустить деревянный шар на 1000 метров в море, как давлением он будет сжат до половины его первоначального объема. На глубине 10000 метров какой-либо предмет величиной с человека испытывает давление, равное весу 1000 самых тяжелых паровозов. При опускании в море приборов это огромное давление необходимо, конечно, учитывать.

“Челленджер” имел в своем распоряжении глубинные термометры, которые выдерживали давление в 3500 килограммов на квадратный сантиметр, что соответствует весу водяного столба высотой 4800 метров. Однажды их погрузили в море на 7000 метров; на борт корабля они были извлечены совершенно расплющенными.

Раньше считали, будто на больших глубинах вода вследствие колоссального давления настолько сильно уплотнена, что вес ее по сравнению с поверхностной водой значительно увеличивается. Поэтому предметы, упавшие в море, не достигают якобы дна, а на определенной глубине плавают во взвешенном состоянии. Новейшие исследования показали необоснованность такого представления. Несмотря на давление, которое вода испытывает, даже на больших глубинах она сжимается очень мало; на глубине 9000 метров вода теряет 1 /₂₄ часть своего объема. Поэтому вес воды в глубинах моря практически не может препятствовать достижению дна тонущими предметами. “Титаник”, о котором мы уже говорили, не “парит” где-то между поверхностью моря и его ложем, а лежит спокойно на дне; в том месте, где пароход столкнулся с айсбергом, дно находится на глубине 4000 метров.

Количество затонувших кораблей достигает многих тысяч. Передо мной лежит Интернациональный регистр за 1937 год, в котором потери второй мировой войны еще не учтены. В Регистре приводятся названия около 3500 различных кораблей, пароходов, катеров, крейсеров, танкеров, истребителей, парусников, подводных лодок, торпедных катеров, тральщиков и канонерок. Как бы глубоко ни было море, в котором они потерпели аварию, все они опустились на дно. Даже дерево и пробка плавают только благодаря тому, что в их порах находится воздух. Давление, которое царит на больших глубинах, вытесняет воздух из пор, и дерево или пробка тонут, как и все плотные тела. Поэтому их плавучестью нельзя воспользоваться при изготовлении глубоководных приборов.

Если бы море могло освободиться от давления, это привело бы к значительному подъему зеркала воды: уровень моря поднялся бы на 30 метров; огромные площади низменностей оказались бы затопленными.

Давление под водой

Вычислив максимальную высоту водяного столба, Торричелли ответил также на вопрос, который, возможно, задавали себе и вы. Думаю, многие из вас хоть раз в жизни пробовали заниматься подводным плаванием с трубкой и ластами. Обычно такая трубка не более 30 сантиметров длиной, а вам, я уверен, очень хотелось, чтобы она была гораздо длиннее, и тогда вы могли бы нырять поглубже. А как вы думаете, как глубоко можно погрузиться под воду, дыша через трубку и не опасаясь при этом захлебнуться?

Мне очень нравится отвечать на этот вопрос прямо в учебной аудитории с помощью устройства под названием манометр (это неотъемлемая часть любого лабораторного оборудования). Прибор очень прост, его легко можно смастерить дома; чуть позже я его опишу. Итак, мне надо выяснить, насколько глубоко я могу опуститься ниже поверхности воды и при этом продолжать вдыхать воздух в легкие. Чтобы это определить, мы должны измерить гидростатическое давление воды на мою грудь, которое усиливается по мере погружения.

Окружающее нас давление, которое, как вы помните, одинаково на одинаковых уровнях, представляет собой сумму атмосферного и гидростатического давления. Плавая под поверхностью воды, я дышу воздухом, поступающим снаружи. Его давление равно одной атмосфере. Следовательно, когда я набираю воздух в легкие через трубку, его давление в легких становится таким же: одна атмосфера. Но давление, действующее на мою грудь, представляет собой сумму атмосферного и гидростатического давления. Так что теперь давление на мою грудь выше, чем давление внутри легких; эта разница равна гидростатическому давлению. Она не приводит ни к каким проблемам с выдохом, но при вдохе мне необходимо расширить грудь. И если гидростатическое давление слишком высоко из-за моего чересчур глубокого погружения, мне просто не хватит мышечной силы, чтобы преодолеть разницу давлений, и я не смогу сделать очередной вдох. Вот почему, если я хочу нырнуть глубже, мне нужно дышать сжатым воздухом – чтобы преодолеть гидростатическое давление. Однако долго дышать сильно сжатым воздухом вредно – причина, по которой количество времени для глубоких погружений строго ограничено.

Но вернемся к подводному плаванию с трубкой и ластами – насколько же глубоко можно плавать под водой с таким оснащением? Чтобы это выяснить, я устанавливаю манометр на стене лекционного зала. Представьте себе прозрачную пластиковую трубку длиной около 4 метров. Я прикрепляю один ее конец высоко на стене слева, а второй правее, приладив трубку в форме U. Обе части получаются чуть меньше 2 метров в длину. Затем наливаю в трубку клюквенный сок, и он, естественно, устанавливается в каждой части U-видной трубки на одинаковом уровне. После этого я дую в правый конец трубки, толкая сок вверх в ее левой части. Расстояние по вертикали, на которое я могу протолкнуть сок вверх, расскажет мне, как глубоко я могу погрузиться под воду с трубкой. Почему? Потому что это четкий показатель того, насколько большое давление способны «выдать» мои легкие для преодоления гидростатического давления воды – клюквенный сок и вода при таком применении абсолютно эквивалентны, просто красный сок более нагляден.

Я наклоняюсь, делаю глубокий выдох, затем вдыхаю, заполнив легкие воздухом, и изо всех сил дую в правый конец трубки. Мои щеки чуть не лопаются, глаза вылезают из орбит, и сок в левой стороне U-образной трубки сантиметр за сантиметром ползет вверх – угадайте, на сколько? – аж на 50 сантиметров. Это все, на что я способен, да и удержать жидкость на этом уровне я могу не дольше нескольких секунд. Итак, я протолкнул сок на левой стороне трубки на 50 сантиметров, а это значит, что я также протолкнул его вниз на те же 50 сантиметров в правой части, то есть в целом переместил столб сока по вертикали приблизительно на 100 сантиметров, или на метр. Конечно, когда мы дышим через трубку под водой, мы втягиваем воздух, а не выдуваем его; а что если это намного легче? И я провожу второй эксперимент: на этот раз высасываю сок из трубки, опять же изо всех сил. Результат, однако, примерно такой же; сок на той стороне, с который я сосу, поднимается где-то на 50 сантиметров – и соответственно опускается на те же 50 сантиметров в другой части. А я опять в полном изнеможении.

По сути, это была точная имитация подводного плавания на глубине одного метра, что можно считать эквивалентом одной десятой части атмосферы. Моих студентов эта демонстрация обычно сильно удивляет; они думают, что у них, молодых, результат будет намного лучше, чем у пожилого профессора. И я предлагаю самому крупному и, по-видимому, сильному парню подойти и попробовать. Он очень старается – лицо багровеет, глаза выпучены, – но итог шокирует силача. Его легкие перемещают столб лишь на пару сантиметров дальше, чем мои.

Оказывается, это действительно почти верхний предел того, насколько глубоко мы можем погрузиться под воду и продолжать дышать через трубку – всего на какой-то жалкий метр. И то дышать на этом уровне человек сможет в течение нескольких секунд. Вот почему большинство трубок для подводного плавания намного короче метра, как правило, всего сантиметров двадцать-тридцать. Попробуйте поплавать с более длинной трубкой – сгодится любая – и посмотрите, что будет.

Вы можете задаться вопросом, какая сила воздействует на вашу грудь, когда вы погружаетесь в воду, чтобы немного поплавать с маской и ластами. При погружении на один метр гидростатическое давление составляет около одной десятой атмосферы, или, иными словами, одну десятую килограмма на квадратный сантиметр. Площадь человеческой груди – что-то около тысячи квадратных сантиметров. Таким образом, сила, прилагаемая к вашей груди, составляет около 1100 килограммов, а сила, воздействующая на внутреннюю стенку грудной клетки из-за давления воздуха в ваших легких, – около тысячи килограммов. Стало быть, разность давлений в одну десятую дает разницу в целых 100 килограммов! Когда смотришь на это с такой точки зрения, все выглядит намного серьезнее, не так ли? А если бы вы погрузились на 10 метров, гидростатическое давление равнялось бы одной атмосфере, то есть килограмму на квадратный сантиметр поверхности, и сила, воздействующая на вашу бедную грудь, стала бы почти на тысячу килограммов (одну тонну) больше, чем противодействующая сила, создаваемая одноатмосферным давлением в ваших легких.

Вот почему азиатские ловцы жемчуга – некоторые из них раз за разом ныряют на 30-метровую глубину – очень сильно рискуют жизнью. Они не могут использовать маску с трубкой, поэтому им приходится задерживать дыхание, а поскольку это можно сделать не более чем на несколько минут, работать приходится очень быстро.

Теперь вы можете по достоинству оценить, каким чудом инженерной мысли является подводная лодка. Представим себе подводную лодку, погруженную на 10 метров, и предположим, что давление воздуха внутри нее равно одной атмосфере. Гидростатическое давление (в данном случае разница между давлением внутри и снаружи лодки) составляет около 10 тысяч килограммов, то есть около 10 тонн, на квадратный метр, так что, как видите, даже очень маленькая подводная лодка должна быть крепкой, чтобы иметь возможность погружаться хотя бы на 10 метров.

Это делает поистине потрясающим достижение парня, который в начале XVII века изобрел подводную лодку, – Корнелиуса ван Дреббеля (тоже, как и я, голландца, чем я, должен признаться, весьма горжусь). Он мог опускаться на своем детище на глубину всего метров пять, но и в этом случае ему приходилось иметь дело с гидростатическим давлением в половину атмосферы, а ведь его лодка была построена из кожи и дерева! Согласно отчетам того времени ван Дреббель успешно маневрировал на одной из своих лодок на этой глубине во время испытаний на Темзе, в Англии. Рассказывают, что модель приводилась в движение шестью гребцами, могла перевозить шестнадцать пассажиров и оставаться под водой в течение нескольких часов. «Дыхательные трубки» над поверхностью воды удерживали специальные поплавки. Изобретатель хотел произвести впечатление на короля Якова I в надежде, что тот закажет несколько таких лодок для своего флота, но, увы, короля и его адмиралов изобретение не впечатлило и подводная лодка ван Дреббеля так никогда и не использовалась в военных действиях. Как секретное оружие, возможно, она действительно была не слишком перспективна, но с технической точки зрения она стала настоящим революционным изобретением.

То, как глубоко могут погружаться современные субмарины, – военная тайна, но принято считать, что они способны опускаться на глубину тысяча метров, где гидростатическое давление составляет около 100 атмосфер, то есть миллион килограммов (тысяча тонн) на квадратный метр. Неудивительно, что американские подлодки изготавливаются из высококачественной стали, а российские – из еще более прочного титана, потому могут погружаться еще глубже.

Продемонстрировать, что произойдет с подводной лодкой, если ее стенки окажутся недостаточно крепкими или если она погрузится слишком глубоко, легко. Для этого я подключаю вакуумный насос к банке из-под краски объемом в галлон и медленно выкачиваю из нее воздух. Разница давлений между воздухом снаружи и внутри не может превысить одну атмосферу (сравните с подводной лодкой!). Мы знаем, что банки для краски изготавливают из довольно крепкого материала, но прямо на наших глазах из-за разницы давлений банка сминается, словно алюминиевая жестянка из-под пива. Такое впечатление, будто невидимый великан схватил ее и сжал в кулаке. Многие из нас, в сущности, делали то же самое с пластиковой бутылкой из-под воды, высасывая из нее воздух, в результате чего она несколько сплющивалась. На интуитивном уровне вы можете подумать, что бутылка сминается из-за силы, с которой вы к ней присосались. Но на самом деле причина в том, что, когда я высасываю воздух из банки из-под краски или вы из пластиковой бутылки, давление наружного воздуха перестает испытывать достаточное противодействие внутреннего давления. Вот на что в любой момент готово давление нашей атмосферы. Буквально в любой момент.

Металлическая банка из-под краски, пластиковая бутылка на редкость банальные вещи, не так ли? Но если посмотреть на них глазами физика, можно увидеть нечто совершенно иное: баланс фантастически мощных сил. Наша жизнь была бы невозможна без таких балансов зачастую невидимых сил, возникающих вследствие атмосферного и гидростатического давления, и неумолимой силы тяготения. Эти силы настолько мощные, что даже незначительное нарушение их равновесия способно привести к настоящей катастрофе. Представляете, что будет в случае утечки воздуха через шов в фюзеляже самолета, летящего на высоте больше 7,5 километра (где атмосферное давление составляет всего около 0,25 атмосферы) со скоростью около 900 километров в час? Или если в крыше Балтиморского тоннеля, расположенного в 15–30 метрах ниже уровня реки Патапско, появится хотя бы тонюсенькая трещинка?

В следующий раз, идя по улице большого города, попробуйте думать как физик. Что вы на самом деле видите вокруг? Прежде всего результат яростных битв, бушующих внутри каждого здания, и я имею в виду отнюдь не войны в рамках офисной политики. По одну линию фронта находится сила земного притяжения, которая стремится притянуть всех и вся вниз – не только стены, полы и потолки, но и столы, кондиционеры, почтовые желоба, лифты, секретарей и исполнительных директоров и даже утренний кофе с круассанами. По другую действуют объединенные силы стали, кирпича и бетона и в конечном счете самой Земли, толкающие здания вверх.

Получается, что об архитектуре и строительстве можно думать как об искусстве борьбы с направленной вниз силой до ее полной остановки. Некоторые особенно воздушные небоскребы кажутся нам не подверженными воздействию гравитации. На самом деле ничего подобного – они просто перенесли битву на новую высоту в буквальном смысле слова. И если задуматься, вы поймете, что это лишь затишье перед бурей, которое носит временный характер. Строительные материалы подвержены коррозии, портятся и распадаются, а силы нашего природного мира вечны, безжалостны и неумолимы. И их победа – всего лишь вопрос времени.

Такая эквилибристика наиболее опасна в больших городах. Вспомним ужасную трагедию, произошедшую в Нью-Йорке в 2007 году, когда 83-летняя труба полуметровой ширины, проходящая под улицей, перестала сдерживать передаваемый по ней пар под высоким давлением, в результате чего возникший гейзер проделал в Лексингтон-авеню огромную дыру, куда провалился целый эвакуатор, и поднялся выше расположенного неподалеку 77-этажного небоскреба Крайслер-билдинг. Если бы столь потенциально разрушительные силы бо льшую часть времени не находились в состоянии сложнейшего баланса, никто из нас ни за что не согласился бы ходить по улицам мегаполисов.

И эти временные балансы в битве чрезвычайно мощных сил касаются не только творений рук человеческих. Возьмем, например, деревья. Спокойные, тихие, неподвижные, медленно растущие и безропотные, они используют десятки биологических стратегий для борьбы с силой тяготения и гидростатическим давлением. Какой же это подвиг – каждый год выпускать новые ветки, продолжать наращивать на стволе новые кольца, становясь еще крепче и сильнее, хотя при этом и земное притяжение, действующее на дерево, тоже усиливается. А еще дерево доносит соки до своих самых высоких ветвей. Разве не удивительно, что они вообще умудряются вырастать выше десяти метров? В моей соломинке вода смогла подняться только на 10 метров, так почему (и как) она поднимается в деревьях гораздо выше? Самые высокие секвойи достигают ста метров в высоту и все равно снабжают водой все верхние листья.

Вот почему я испытываю невероятное сожаление, видя большое дерево, сломанное бурей. Свирепым ветрам, а также льду и снегу, налипшему на его ветви, удается нарушить хрупкий баланс сил, которым это дерево до сих пор вполне успешно управляло. Думая об этом бесконечном сражении, я понимаю, что все больше ценю тот неимоверно далекий день, когда наши предки встали с четверенек на две ноги и начали укреплять свое положение в этом мире.

Давление создаваемое водой при погружении

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.

1. Глубина погружения
2. Насколько зависимы эти показатели?
3. Как рассчитать давление воды?
4. На какой глубине давление опасно?

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.