мини|Od morskih dubina do krajnjih granica zemljine atmosfere fizička svojstva prirodnih pojava mogu izazvati promene u sastavu gasova, vode, svetlosti ili zvućnih talasa što može direktno uticati na organizam ronilaca Fizika ronjenja je jedna od oblasti fizike koja se u okviru medicine rada, pomorske, hiperbarične i sportske medicine bavi izučavanjem uticaja suštinskih svojstava prirodnih pojava na organizam ronilaca, kesonskih radnika, vojnih i sportskih ronilaca, koji tokom ronjenja borave pod vodom uz obezbeđenje fizioloških uslova za disanja (ronjenje sa aparatom) ili bez osiguranja tih uslova (ronjenje zadržavanjem daha). Za fizika ronjenja posebno je značajno poznavanje onog dela fizike koji proučava ponašanje gasova, principe delovanja sile potiska u tečnostima i načine na koji se vrši razmena toplote i prostire svetlost i zvuk. Osnovne postavke Ronjenje počinje kada ronilac zaroni u vodu i prestaje disati atmosferski vazduh, a završava se kada ga nakon izronjavanja počne ponovno udisati. мини|Ronilac, u uslovima negostoljubive podvodne sredina, pritešnjen zaštitnom opremom izložen je brojnim fizičkim i stresogenim uticajima, koji mogu narušiti njegovo zdravlje ili mu ugroziti život Ronjenje uvodi čoveka u strani svet, svet koji nije zamišljen da on u njemu komforno boravi i živi. U tom „svetu” ronioci su izloženi uslovima „negostoljubive” sredine, u kojoj se čovek na nalazi u drugim aktivnostima, a uključuju povećani pritisak okoline, povećani parcijalni pritisak kiseonika i povećani otpor disanju, povećani otpor kretanju, dodatnu težinu i pritisak ronilačke opreme i stres uzrokovan hladnoćom.
Efekti vremena kao što je vetar, koji izaziva talase, i promene temperature i atmosferski pritiska na i u vodi negativno utiču na ronioca. Čak i umereno jaki vetrovi mogu sprečiti ronjenje zbog povećanog rizika od gubitka na moru ili povrede. Niske temperature vode zahtevaju da ronioci nose ronilačka odela jer mogu da izazovu probleme kao što je zamrzavanje ronilačkih regulatora.
To su samo neki razlozi zašto se izučava fizika ronjenja koja omogućava lekarima i roniocima da shvate i preduzmu mere zaštite od mogućih različitih negativnih uticaja okoline koji se javljaju kada neka osoba zaroni u vodu ili nosi ronilačku opremu koja mu povećava otpor disanju i radno opterećuje respiratorni i kardiovaskularni sistema.Peter Bennett and David Elliott, The Physiology and Medicine of Diving, 4th edition, 1993, W.B.Saunders Company Ltd, London.
Ronjenje na vazduh pod pritiskom sastoji se od udisanja vazduha (mešavina različitih gasova, najčešće kiseonika i azota) na različitim dubinama zarona. Gas se u organizmu ponaša prema zakonima fizike na određenim dubinama zarona, što zavisi od pritiska okoline u kojoj je gas izložen određenim promenama. Kako ronilac roni dublje, spoljašnji pritisak se povećava.
Na nivou mora pritisak iznosi jednu atmosferu, a povećava se za svakih deset metara ispod nivoa mora, tako da na 10 metara pod vodom pritisak iznosi 2 atmosfere (udvostručuje se), na 20 metara iznosi 3 atmosfere itd.
Ako dođe do pada pritiska izvan tela (kao pri izronu, u avionu ili tokom leta u svemir) rastvoreni gas u telu ronioca prelazi u gasovito stanje što se najčešće manifestuje pojavom mehurića u perifernoj krvi, desnoj strani srca, u plućnoj cirkulaciji i dalje u krvotoku. Venski gasni mehurići, kada se pojavljuju bez izraženih kliničkih znakova dekompresione bolesti (skraćeno DB),. nazivaju se „tihim mehurićima“ (4). Iako su „tihi mjehurići“ asimptomatski, prisustvo mnoštva mehurića gas u venskoj cirkulaciji jasno je povezano s visokim rizikom nastanka DB. U: Lin YC, Shida KK, ur. Man in the sea. Honolulu: University of Hawaii Press, (1990). стр. 297.-316
Osnovne osobine vazduha Vazduh je smeša gasova od kojih su neki u vrlo promenljivom sastavu: azota ima 78,08%, kiseonika 20,95%, argona 0,93% i u vrlo malim količinama kriptona, ksenona, helijuma, neona i drugih. U promenljivim količinama u vazduhu može biti vodene pare, ozona, ugljen-dioksida, radona i drugih. Sastav vazduha varira na različitim visinama. Pri većoj visini smanjuje se sadržaj kiseonika, a povećava se sadržaj vodonika.
Osnovna razlika između gasova, tečnosti i čvrstih supstancija je u tome što se gasovi prostiru ravnomerno po celoj zapremini suda u kome se nalaze ili u prostoru u kome se nalaze. Ovo se objašnjava velikom pokretljivošću molekula gasa koji se kreću haotično, pri čemu nijedan pravac kretanja nema prednost.
Ako se na putu molekula gasa nalazi neka prepreka (npr zidovi suda) molekuli gasa udaraju u njih i na njih vrše pritisak. Na taj način gas koji se nalazi zatvoren u nekom sudu vrši pritisak na zidove suda na sve strane jednako.
Osnovne osobine vode Voda je tečnost bez boje, mirisa i ukusa. Univerzalni je rastvarač i jedina supstanca koja se u prirodi nalazi čista u sva tri agregatna stanja. Po hemijskom sastavu (H2O) vode je sastavljena od dva molekula vodnika i jednog molekula kiseonika povezanih kovalentnim vezama. U prirodi ovako čistu vodu veoma retko nalazimo.
Voda u sebi ima i rastvorenih gasova koji su u kontaktu sa vodom i rastvorenim mineralima. Morska voda zbog rastvorene velike količine soli ima veću masu i gustinu u odnosu na slatku vodu. Morska voda je gušća od vazduha za oko 788 puta, dok je slatka voda gušće od vazduha za oko 780 puta.
Voda je fluid (tečnost) i jedan litar vode ima zapreminu od 1 dm³ i masu od 1 kg. U fluidima (gasovi i tečnosti) pritisak se prenosi ravnomerno u svim pravcima – Paskalov zakon. Zbog nestišljivosti vode (voda nije podložna sabijanju) pritisak u vodi raste linearno sa dubinom i za svakih 10 m dubine povećava se za 1 bar. Voda i toplota мини|Grafikon koji prikazuje termoklinu tropskog okeana (dubina u odnosu na temperaturu) Voda ima veliki toplotni kapacitet,zbog čega se sporo zagreva ali i sporo hladi. Za razliku od drugih materija u prirodi koje se prilikom hlađenja skupljaju voda je najgušća na 4 0C stepena. Ukoliko temperatura i dalje pada voda se širi i kristalizuje u led koji ima manju gustinu od vode. Led koji pliva na površini služi kao izolator i sprečava dalje zaleđivanje vode. Ove osobine su veoma bitne za klimu na zemlji i opstanak biljnog i životinjskog sveta.
Kako voda ima oko 25 puta bolju toplotnu provodljivost nego vazduh ronioci su često izloženi pothlađivanju i neophodna im je odgovarajuća termička zaštitna oprema.
Tokom zarona, temperatura vode na dubini zarona je po pravilu niža nego temperatura na površini, a regulacija temperature tela je po pravilu otežana, što zahteva upotrebu odgovarajuće zaštitne odeće za izlaganje takvim temperaturama. Takođe uranjanje u hladnu vodu može izazvati hiperventilaciju koja normalno prestaje unutar nekoliko minuta. Za vreme uranjanja u hladnu vodu dolazi do povećanja aktivnosti simpatičkog nervnog sistema što uzrokuje povećanje frekvencije srca. Takođe, kao posledica zaranjanja, srce mora raditi više zbog povećanja perifernog otpora. 2. izd. McKenzie B, ThomasRL, ur. Melbourne, Australia: JL Publ., 1997. Od drugih faktora koji povećavaju rizik tokom ronjenja su zastoja srca u ronilaca izazvan ronilačkim refleksom.
Ronjenje i svetlost мини|Uporedni prikaz prodiranja svetlosti različitih talasnih dužina u otvorenom okeanu i priobalnoj vodi Svetlosti u vodi je pod uticajem mnogobrojnih promena kao što su; atmosferski uslovi (magla, kiša, sneg itd), zamućenja vode (prirodnom ili industrijskom kontaminacijom) i fizičkim promenama kao što su refleksija, refrakcija i apsorpcija svetlosnog zraka. Zato svetlost u vodi, ima druge karakteristike u odnosu na vazdušnu sredinu (zemljinu atmosferu), iznad površine vode.
Pre nego što uđe u vodu svetlosni zrak se usled velike gustine vode u odnosu na vazduh reflektuje (odbija). Kolika će biti refleksija zavisi od ugla pod kojim svetlost dolazi do površine vode. Ako je sunce u zenitu refleksija će biti mala oko 2% dok se u jutarnjim i večernjim satima svetlost reflektuje i do 35%. Poznavanje ovih promena od izuzetne je važnosti za podvodne aktivnosti čoveka kao što je ronjenje. Zamućenost vode Zamućenost vode (plankton, mulj, nerastvorene materije i sl.) sprečava prodor svetlosti u dubinu i glavni je uzrok slabe vidljivosti na većim dubinama. Zbog ovih čestica svetlost se rasipa – difundira i zbog toga se predmeti u vodi ne vide oštro i jasno (nema jasnih seniki predmeta pod vodom). Apsorpcija svetlosti Voda ima sposobnost da apsorbuje (upije) svetlost. Što je veća dubina više je svetlosti apsorbovano, a njena energija je pretvorena u toplotu kojom se voda zagreva. Kako svaka boja u sastavu sunčevog spektra ima svoju talasnu dužinu one ne prodiru jednako duboko u vodu. Prvo se gubi crveni deo spektra, zatim narandžasti, pa žuti i ljubičasti, dok zeleni i plavi deo spektra prodire veoma duboko. Zbog iznetog predmeti na većim dubinama imaju plavo-zelenkastu boju. Refleksija svetlosti u vodi Svetlost se lomi (refrakcija svetlosti) prilikom prelaska iz jedne u drugu po gustini različitu optičku sredinu (npr štap uronjen u vodu će izgledati kao da je slomljen na mestu prodora u vodu). Ovo se događa jer postoji razlika u indeksu loma svetlosti u vazduhu i vodi i brzini prostiranja svetlosti kroz ova dva medijuma.
S obzirom da je oko prilagođeno primanju svetlosnih zraka koji se prostiru kroz vazduh predmeti se golim okom u vodi vide neoštro (dalekovidost 32 dioptrije). Zbog navedenog koristi se maska sa staklom koja izoluje oko od vode i time se postiže odgovarajuća razlika u indeksu loma svetlosti u vazduhu i oku. Ova razlika omogućava da se svetlosni zrak lomi tačno na žutoj mrlji u mrežnjači oka i da se predmeti vide jasno i oštro. S obzirom da u ronjenju svetlost prolazi kroz vazduh-vodu-staklo maske-vazduh-optički aparat oka, predmeti će se videti bliže za ¼ nego što su stvarno udaljeni i biće za 1/3 veći nego što stvarno jesu.
Voda i zvuk Zvuk u vodi ili zvuk pod vodom, po svom ponašanju razlikuje se od njegovog ponašanja pri prostiranju kroz vazduh, i slično je pojavama koje se javljaju kod svetlosti u vodi, u okeanu, reci, jezeru ili rezervoaru (bazenu).
Zvuk kao i svetlost je talasno kretanje, samo što svetlost predstavlja prostiranje elektromagnetskih talasa koji mogu da se šire i kroz vakuum, dok se zvučni talasi prenose posredstvom molekula sredine kroz koju se zvuk širi.Urick, Robert J. Principles of Underwater Sound, 3rd Edition. New York. McGraw-Hill, 1983.
Proučavanjem načina i granica prostiranja zvuka u vodi i njegovu interakciju sa mehaničkih talasima koju čini zvuk sa vodom, bavi se podvodna akustika (hidroakustika). Tipične frekvencije zvuka koje se određuju u podvodnoj akustici su između 10 Hz i 1 MHz. Prostiranje zvuka u okeanu, na frekvencijama nižim od 10 Hz obično nije moguća bez prodora zvuka duboko do morskog dna, dok se frekvencije iznad 1 MHz retko može odrediti, jer se ove frekvencije u vodi veoma brzo apsorbuju.Allan R. Robinson and Ding Lee, Oceanography and Acoustics, AIP (1994).
Brzina prostiranja zvuka kroz neku sredinu zavisi od karakteristika te sredine ili fluida i može se izračunati po relaciji: </center> gde je: pа — atmosferski pritisak, — gustina vazduha = 1,4.
Zvuk u vodi i ronjenje Pod vodom ne može da se razgovara na način kako se to čini u vazduhu što ograničava komunikaciju između ronioca ili sa roniocima, jer je čovekov organ govora, kroz njegov evolutivni razvoj, prilagođen za vazdušnu sredinu, a jačina zvuka opada pri prelasku iz vode u vazduh i iz vazduha u vodu. Dva ronioca u opremi za ronjenje mogu međusobno da razgovaraju ako im se šlemovi dodiruju (metal lako prenosi zvuk) ali već na rastojanju od nekoliko santimetara zvučna komunikacija između njih nije moguća. Takođe zbog velike brzine prostiranja zvuka u vodi čovek ne može da zapazi vremensku razliku između trenutka dolaska zvuka u jedno i drugo uvo i on najčešće ima osećaj da je zvuk jači i bliži. Zbog toga ronilac gubi sposobnost da odredi pravac i smer izvora zvuka.