Закон Бойля для чайників

В принципе, игнорируя алгебраические заклинания, которые вы все уже наверняка слышали (например - P1V1=P2V2), и которые всегда нагоняют на меня тоску, закон Бойля гласит, что если вы увеличиваете давление, действующее на сжимаемый предмет, например воздушный шарик, то размеры этого предмета будут уменьшаться. Если же вы уменьшите давление, воздействующее на тот же объект, то его размер увеличится. Не сложно, не правда ли?

Но, как всегда, нам, дайверам, необходимо понять, что происходит под водой. Прежде всего спросите себя, когда давление увеличивается и уменьшается?. Ведь чтобы закон Бойля был применим к дайверу, необходимо изменение давления. Ну, во время погружения давление окружающей среды постоянно возрастает по мере увеличения высоты столба жидкости над вашей головой.

На поверхности, во время входа в воду с лодки, мы испытываем давление в 1 Бар. Грубо говоря, давление возрастает на один Бар каждые 10 метров нашего погружения. Итак, когда мы достигаем глубины 10 метров, на нас воздействует давления в два раза превышающее то, которое мы испытывали на борту судна. На глубине 20 метров давление возрастает до 3 Бар, и так далее...

Теперь, спросите себя: «какие предметы, заполненные воздухом, мы берем с собой под воду?». Вы, наверное, назовете ответ и сами, но я все же подскажу: ваши синусы (пазухи), желудок, газ внутри неорпена, воздух в сухом костюме, ваши легкие, подмасочное пространство, уши, воздух в компенсаторе плавучести и так далее.

Таким образом, каждый раз, когда мы погружаемся под воду, увеличивается давление на все полости, заполненные воздухом, и их объем уменьшается. Так говорит закон Бойля. Но насколько? И как это на нас сказывается?

 

Давайте опять возьмем наш воздушный шарик. Мы надуем его на поверхности и для пущей простоты скажем, что внутри него газ под атмосферным давлением, то есть 1 Бар. Теперь мы погрузим шарик на глубину 10 метров, где давление будет 2 Бара. Давление удвоилось, значит шарик сожмется! Если измерить шарик теперь, то выяснится, что он уменьшился вдвое. Его объем в два раза меньше, чем на поверхности, и давление внутри него возросло вдвое. Давайте продолжим погружение вместе с нашим шариком, теперь до глубины 20 метров. Давление возросло еще на 1 Бар, теперь мы испытываем давление в 3 Бара. Наш шарик продолжает сжиматься. Теперь его объем составляет треть от объема на поверхности. И так далее…

 

Мы можем представить это в виде простой таблицы:

 

Глубина, м	Давление окружающей среды, бар	Объем
0	(Поверхрность)	1
10	2	Составит половину от поверхностного
20	3	Составит треть от поверхностного
30	4	Составит четверть от поверхностного

 

Примечание: Потребовался еще один ученый, по имени Бернулли, чтобы описать, что происходит с газом в шарике. Он сказал, что молекулы газа соударяются со стенками шарика, и чем выше их энергия, тем большее количество соударений происходит, и тем выше сила. Бернулли пришел к выводу, что при увеличении плотности газа возрастает и количество соударений. Увеличение числа и интенсивности соударений приводит к увеличению давления.

 

Но подождите минуточку! Если все заполненные газом полости сжимаются, что же происходит с нашими легкими?!! Мне не нравится сама мысль, что мои внутренние органы могут оказаться сжаты вдвое (или больше!), а как же мои уши?! И мои пазухи?! ПОМОГИТЕ!!!!

 

Не слишком радужные перспективы для дайверов, не так ли? Но давайте посмотрим попристальней, что же происходит, когда мы уходим с поверхности. Во-первых, мы стравливаем газ из нашего компенсатора плавучести и сухого костюма. Это позволяет Закону Архимеда погрузить нас под поверхность воды. По мере погружения, все сжимаемые и заполненные газом полости начинают уменьшаться в объеме. Например, посмотрим на сухой костюм: газ, содержащийся в самом материале неопренового «сухаря» сжимается. Вы начинаете вымещать меньше воды, значит уменьшается ваша плавучесть, и вы начинаете погружаться быстрее. Давление продолжает нарастать, газ в костюме сжимается еще больше, вы вытесняете еще меньше воды, и ваша плавучесть становится еще более отрицательной… и в какой то момент, кроме стремительного погружения в глубины, вы начнете испытывать обжим (ваш костюм врежется в вашу кожу, как будто из пакета с чипсами откачали весь воздух, а вы оказались в это время внутри! Ох!).

 

То же происходит и у вас прямо перед глазами! По мере погружения, давление, приходящееся на маску, возрастает, и воздух, находящийся перед вашими глазами, сжимается. Каждые 10 метров спуска давление перед вашими глазами возрастает на 1 Бар, и объем газа внутри маски уменьшается соответственно. Как будто кто-то пытается высосать ваши глаза! Вашим глазам это будет неприятно: они нальются кровью, и это называется обжим маски.

А что по поводу ушей? И снова, давление возрастает с увеличением глубины, и ваша бедная барабанная перепонка, которая очень эластична, прогибается внутрь по мере того, как воздух, находящийся за перепонкой, сжимается. В какой-то момент она больше не сможет прогибаться и порвется.

Теперь поговорим о всплытии. Ранее мы уже говорили, что закон Бойля действует и в обратном направлении, те есть по мере уменьшения давления, объем возрастает. Это означает, что если вы если вы сделаете глубокий вдох из своего регулятора, находясь на глубине 10 метров, а затем всплывете на поверхность, не делая выдох, ваши легкие увеличатся вдвое по сравнению с их начальным размером. Плохие новости! На самом деле, еще до того, как они достигнут такого размера, они окажутся прорваны!

 

Я вас еще не напугал?

 

Решением для всех этих проблем является «выравнивание давления». То есть вы должны добиться, чтобы давление с обеих сторон было равным. Это очень просто, и вы изучали, как это делать в ходе базовых курсов подводного плавания. Например, вы на протяжении всего погружения, и особенно во время всплытия, должны нормально дышать, и не должны задерживать дыхание. Кроме того, вы используете маневр Valsalva чтобы выровнять давление в ушах, и вы специально используете маску с отделением для носа, чтобы вы могли выдыхать в подмасочное пространство. Во время погружения вы регулярно поддуваете сухой костюм – опять же, чтобы выровнять давление.