Задание №19 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос задачи нам необходимо рассчитать давление, которое испытывает водолаз на заданной глубине, и сравнить его с допустимыми нормами (согласно физическим принципам и таблицам безопасности погружений). Основным фактором, ограничивающим время пребывания под водой, является гидростатическое давление воды.

Дано:
$h = 30 \text{ м}$
$t = 2,5 \text{ ч}$
$\rho = 1000 \text{ кг/м}^3$ (плотность пресной воды)
$g = 10 \text{ Н/кг}$ (ускорение свободного падения)
$P_{атм} = 10^5 \text{ Па}$ (нормальное атмосферное давление)

Анализ и расчет:
1. Полное давление $P$, действующее на водолаза на глубине, складывается из атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости:
$P = P_{атм} + \rho \cdot g \cdot h$

2. Вычислим гидростатическое давление воды на глубине 30 метров:
$P_{гидр} = 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 10 \text{ Н/кг} \cdot 30 \text{ м} = 300\,000 \text{ Па} = 300 \text{ кПа}$

3. Вычислим полное давление в паскалях и переведем в атмосферы (1 атм $\approx 100 \text{ кПа}$):
$P = 100 \text{ кПа} + 300 \text{ кПа} = 400 \text{ кПа} = 4 \text{ атм}$

4. Согласно правилам водолазных работ и декомпрессионным таблицам (которые подразумеваются в условии задачи данного типа), работа на глубине 30 метров (давление 4 атм) относится к категории работ средней или большой глубины. При вдыхании сжатого воздуха на такой глубине в тканях организма интенсивно растворяется азот.
Для глубины 30 метров бездекомпрессионный предел (время, в течение которого можно находиться на глубине и затем безопасно подняться на поверхность без длительных остановок) составляет обычно от 15 до 25 минут. Работа в течение 2,5 часов (150 минут) на такой глубине значительно превышает этот предел.

5. Длительное пребывание (2,5 ч) на глубине 30 м требует очень долгого процесса декомпрессии (ступенчатого подъема), который может занять несколько часов. Если в таблице, прилагаемой к задаче (подразумевается стандартная таблица режимов), указано меньшее допустимое время для непрерывной работы без специальных условий, то такая работа недопустима из-за высокого риска развития кессонной (декомпрессионной) болезни.

Вывод: Работа в течение 2,5 часов на глубине 30 метров недопустима без соблюдения специальных режимов длительной декомпрессии, так как это время существенно превышает безопасный лимит для данной глубины.

Ответ: Нет, недопустима. На глубине 30 м давление составляет около 4 атм; при таком давлении за 2,5 ч в крови растворяется избыточное количество азота, что делает подъем опасным без многочасовой декомпрессии.

Источник: ФИПИ