Physique Lois / principesintervenantlorsdes plongées Christian Bonnet nov. 2015 Cours Préparation Open Water
Au menu La pression Loi de Boyle Mariotte Loi de Henry Poussée d'archimède Optique Acoustique
La pression Force appliquée à une surface : P = F / S Le pascal (symbole Pa) est l'unité du système international : 1 Pa=1 N / 1 m² En plongée, nous utiliserons le bar, 1b=100 000Pa = 1daN/cm² Pression Atmosphérique Pression exercée par la colonne d'air : au niveau de la mer = 1 013,25 hpa ~ 1 bar Pression Hydrostatique Pression exercée par la colonne d'eau sur une surface de 1 cm² 10 m d'eau exercent une pression de 1 bar Pression absolue (ambiante) P Abs = P Atm + P Hyd Application à la plongée Sur presque tout!!!! Attention aux variations près de la surface (barotraumatisme, vitesse remontée)
La loide Boyle Mariotte (1662 1676) "A température constante, le produit du volume occupé par un gaz par la pression de ce gaz est une constante : P x V = Constante" Le volume gaz dépend donc de la pression qu'il subit : si la pression, le volume Application à la plongée Sur tous les volumes gazeux (corps ou matériel) : Les poumons (5l) La consommation d'air Les sinus Les oreilles Le masque La stab Les parachutes Le néoprène La combinaison étanche
La loide Boyle Mariotte Incidence de la température On constate que la compression d'un gaz s'accompagne d'une augmentation de la température : P1 V1 / T1 = P2 V2 / T2 avec T en K Température d'un bloc de plongée Apres le gonflage de votre bouteille de 12l à 220b sa température est de 40 (0 C = 273 K). Arrivé sur le bateau, sa température n'est plus que de 14. Quelle pression y a t-il dans votre bloc? T1 (K) = 273 + 40 ; T2 (K) = 273 + 14 P2 = P1 x T2 / T1 = 220 x 287 / 313 = 201b La pression dans votre bloc n'est plus que de 201b (soit 20b x 12l / 20l/min : 12' de respiration)
La loide Boyle Mariotte Calcul de consommation Sachant qu un plongeur consomme 20 litres d air par minute et qu il dispose d un bloc de 12 litres gonflé à 200 bars : -de quelle autonomie dispose-t-il en nageant en surface avec un tel bloc (pas de réserve)? -de quelle autonomie dispose-t-il en plongeant à 20 mètres (réserve à 50 bars)? Surface: 200 x 12 / 20 = 120 minutes soit 2 heures 20 mètres(50b) : (200 50) x 12 / (20 x 3) = 30 minutes
La loide Henry (1803) Elle définit le comportement d'un gaz lorsqu'on le met en contact avec un liquide : La dissolution d'un gaz dans un liquide dépend de la température, de la pression du gaz et de la durée d'exposition. A température constante, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz au-dessus du liquide. Lorsqu un gaz est en contact avec un liquide il se produit un échange gazeux entre eux, le gaz se dissout dans le liquide : - La Tension est le nom donné à la pression exercée par le liquide sur le gaz dissous dans le liquide - La Saturation est l'état par lequel la pression du gaz et sa tension dans le liquide sont en équilibre, c'est a dire lorsque le maximum de gaz est dissout
La loide Henry (1803) Mise en évidence Les états de saturation Pression gaz = 1b + Pression gaz = 3b ++++ Pression gaz = 3b ++++ Pression gaz = 1b + Liquide saturé Tension = 1b + Liquide sous saturé Tension = 1b + Liquide saturé Tension = 3b ++++ Liquide sur saturé Tension = 3b ++++ T = P T < P T = P T > P
Archimède (-287,-212) "Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide, une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé" En plongée, nous accepterons que 1 litre d'eau pèse 1kg et que donc un volume de 1 litre a une poussée verticale de 1kg. Flottabilité = Poussée d'archimède Poids réel Flottabilité = 0 Flottabilité < 0 Flottabilité > 0
Archimède Application à la plongée Lestage du plongeur Application du poumon ballast Utilisation de la stab Techniques d immersions Calculs pour remonter un objet
Archimède La poussée d'archimède varie au cours de la plongée. Plusieurs facteurs agissent sur cette poussée : Ecrasement de la combinaison avec la profondeur Poumon ballast et gilet stabilisateur Gonflage du parachute Consommation de l'air du bloc Un bloc de 12 litres gonflé pèse à peu près 18 kg à l'air libre. Une fois immergé, il ne pèse plus que 6 kg, la poussée d Archimède est égale à 12 kg. Masse de l'air : 1,2 kg/m3 Le poids de l'air dans le bloc au départ est donc? 200b x 0,012l x 1,2kg = 2,88kg Le poids de l'air s'il reste 50b au palier est? 50b x 0,012l x 1,2kg = 0,72kg Attention au lestage pour tenir le palier!!!!
Optique En plongée, les rayons lumineux vont subir 4 effets en pénétrant le milieu liquide : L'absorption La réflexion La diffusion La réfraction
Optique: l'absorption La lumière blanche est la superposition de sept couleurs (violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge). Ces rayons lumineux ont des longueurs d ondes différentes qui vont être absorbés différemment en fonction de la profondeur. des rayons passent
Optique: la diffusion Dans l'eau, les particules en suspension diffusent la lumière : elles l'envoient dans toutes les directions. Si ces particules sont nombreuses, la visibilité devient très faible et l éclairage artificiel est inefficace (effet plein phare dans le brouillard).
Optique: la réflexion/ réfraction Loi de Snell Descartes : Quand l'angle d'incidence est inférieur à l'angle critique, le rayon est réfracté (changement direction). Si l'angle d'incidence est supérieur, le rayon est réfléchi (effet miroir). L'angle critique dépend de la densité des 2 milieux (air/eau 48,5 )
Optiqueet mesuresfaussées En plongée, sans masque, nous voyons flou. Nous sommes tous hypermétropes, Les rayons lumineux qui passent de l'eau dans le liquide contenu dans l'oeil ne sont pas assez réfractés. Avec un masque, nous voyons net. L'air emprisonné entre la vitre du masque et l'oeil (l eau) recrée une situation similaire à la surface. Mais, il y a toujours une perturbation entre le passage eau / verre du masque / air : Perception erronée de la taille (4/3) et de la distance (3/4) Champ de vision restreint + gros (1.3) + près (0.75)
Acoustique Propagation des sons dans l'eau : Le son se propage très bien dans l'eau. Les ondes acoustiques sont beaucoup moins atténuées que la lumière. Plus le milieu est dense et plus la vitesse de propagation est grande. Vitesse du son : Dans l'air : 330 m/s Dans l'eau : 1500 m/s Application à la plongée - On entend très bien les bruits - On a du mal à évaluer les distances - On ne distingue pas la direction d où vient le son
Merci de votre attention