潜水物理学分析和总结.docx

第一章 潜水物理学 一、前言 影响潜水员的环境因素有很多，这些因素可同时作用于潜水员。这些因素包括：压强、浮力、水温、水的黏度、声光波传递、视觉和本体觉刺激减弱等。 在影响潜水员的环境因素中，压强最重要。压强是物体单位面积所承受的力。水下物体承受水的重量，静水压是指单位面积物体承受水的重量产生的力，与水深有关，与物体大小无关。静水压随着水的深度增大而增大。单位面积上物体承受的总压强为绝对压，水下物体承受的绝对压是大气压与静水压之和，是物体承受水和大气的共同重量产生的力。 压强的表示方法有： 大气压（atm 或 ATA） 磅/平方英寸（psi） 公斤/平方厘米（kg/ cm2） 毫米汞柱（mmHg 或 Torr） 厘米水柱（cmH2O） 海水英尺（fsw） 海水米（msw） 巴（b） 牛顿/平方米（帕斯卡） 二、与潜水有关的气体定律 （一）波义耳定律 波义耳定律是描述气体压强与体积之间的关系，即：当温度不变时，一定质量的气体， 其绝对压与其体积成反比。如用数学公式可写成：PV=K或P1V1=P2V2。 我们可以理解为，一定质量的气体，当压强增大时，体积变小；当压强减小时，体积 增大。 （二）查理定律 查理定律是描述气体体积与温度之间的关系，即：当气体的压强不变时，一定质量的气体，其体积与其绝对温度成正比。如用数学公式可写成：V/T=K 或 V1/T1=V2/T2。 我们可以理解为，当气体不受空间限制时，如果你给气体加热，它就会扩张；如果你 使气体冷却，它就会缩小。 （三）盖-吕萨克定律 盖-吕萨克定律是描述气体压强与温度之间的关系，即：当气体的体积不变时，一定质量的气体，其压强与其绝对温度成正比。如用数学公式可写成：P1/T1=P2/T2。 我们可以理解为，当气体局限在一定空间（容积确定）时，如果你给气体加热，它对 容器产生的压强就会增大；如果你使气体冷却，它对容器产生的压强就会缩小。 （四）道尔顿定律 是描述混合气体压强与各气体成分分压之间的关系。混合气体是将相互不起化学反应的几种气体混在一起，由于各气体分子运动而混合均匀的气体混合物。混合气体所产生的压强为总压，各组成气体单独占有容器所产生的压强为分压。混合气体的总压等于所有组成气体分压之和。如用数学公式可写成： P总= P1+P2+P3 …. +Pn 我们可以理解为，潜水深度越大，呼吸混合气体中所有成分均会相应增多。 （五）亨利定律 气体可以溶解在液体中，特定气体在液体中的溶解数量，与温度有关。当温度确定时， 特定气体在特定液体中的可溶解数量与接触液体的该气体分压和该气体在该液体中溶解系数的乘积成正比。 我们可以理解为，由于人体组织的主要成分是水，当潜水员下潜过程中，随着深度增大，其组织中溶解的气体会逐渐增多；当潜水员上升出水过程中，溶解在组织中的气体会被释放出来。 三、浮力 浮力等于物体排开水的重量。任何物体放入水中，要么漂浮，要么沉没。漂浮或沉没决定于物体的密度是否低于或超过水的密度。阿基米德定律是关于浮力的最佳描述：任何部分或全部浸入液体内的物体，其所受到的浮力等于该物体排开液体的重量。由于海水比淡水的密度大，因此在海水中潜水比在淡水中的浮力要大一些。如果浮力不适当，潜水员为了维持平衡，需要额外消耗氧气，并增加氮气的吸收，会增加减压病发生的可能。 影响浮力的因素包括： 体成份（包括体脂肪量） 水的盐分（淡水62.4磅/立方英尺，海水64磅/立方英尺） 潜水员肺容积 干式潜水服内空气体积（随深度改变） 呼吸袋体积 四、水温 水的热传递速度是空气的26倍。因此，如果没有适当的体温保护，潜水过程中很容易 发生体热散失。潜水员体热散失的方式有很多，包括传导、对流和辐射。传导散热是分子与分子直接接触的热量交换，潜水员皮肤与紧贴身体周围的水之间通过传导方式散热的。当潜水员身体周围的水是流动的，可通过对流方式散热。当然潜水员也可通过辐射方式散热，辐射是裸露的身体通过红外线散热，与传导和对流方式相比，潜水员辐射散热的比例很小，一般情况下可忽略不计。潜水员也可通过蒸发散热，蒸发散热的包括皮肤和呼吸两种途径。低水温中潜水，潜水员出汗少，呼吸气常比较干燥，而呼出气常含有比例较高的水分，因此经呼吸散热的比例相对增加。少量的蒸发对散热有很大影响，因此蒸发散热值得注意。在呼吸氦的混合气潜水时，由于气体本身的热传导速度很快，增加了体热散失的速度，甚至可以造成体温过低。 五、水的黏度 与空气相比，水的黏度很大，因此，潜水员在水中的任何身体或肢体运动都需要消耗更多能量，甚至一般的简单活动都可能造成运动强度过大，这种过大的运动强度可增加机体对气体的吸收量。 六、水下声音的传播 声音在水中的传播速度是1433 m/s，是在空气中传播速度（332 m/s）的4.3倍。因此， 潜水员通过声音确定方位的能力会