浮力和压力
要理解物体漂浮的原因,了解阿基米德定律非常重要。它指出
“浸入液体中的物体会受到自下而上的推力,其重量等于被挤压液体体积的重量”。
一个乒乓球在水中会浮起来,这就是所谓的正浮力,这是因为乒乓球所排开的水体积的重量大于整个乒乓球的重量,根据阿基米德定律,乒乓球能够浮在水面上。而浸入水中的石块则会下沉:它具有负浮力,这是因为被排开的水体积的重量小于整个石块的重量,因此阿基米德推力不足以使它浮在水面上。
然后是中性浮力,即自由潜水员在水中央不再下沉或返回水面的状态。运动员处于中性浮力状态的高度显然因其所浸入液体的特性(淡水或海水以及盐度)、所穿潜水衣的厚度以及腰带的重量而异。
自由搏击运动员的理想体重还取决于许多变量:
a)海水的盐度:在盐度较高的海域,阿基米德浮力较强,因为海水的比重较大,这正是因为盐分较多,所以浮力较大,自由潜水者必须稍稍增加腰带的重量;而在淡水中,浮力较小,容易下沉,佩戴的压舱物也较轻。
b)要达到什么高度:底潜运动员一般负重较轻,这将迫使他在下潜时用更大的力量鳍,以抵消潜水衣提供的浮力和正浮力,但一旦达到目标,他就不必拖着太重的腰带上升。另一方面,如果准备进行浅潜,例如近岸垂钓,则可以选择穿更重的腰带。







例如,一名专业运动员通常在地中海进行训练,如果他转移到盐度较高的红海水域,导致浮力增大,他就必须重新调整腰带的重量,增加一点重量以应对这种情况。
在水中,随着深度的增加,压力也会增加:了解这一现象对于呼吸暂停患者来说至关重要。在海平面上,我们所有人都生活在 1 个大气压(或 1 巴)的环境压力下,这是 10000 米高的假想空气柱对我们身体每平方厘米施加的重量,实际上代表了地球的大气层。在海中,要重现同样的大气,只需下潜到 10 米深的地方,在零下 20 米的地方,我们的环境压力已经是 3 个大气压,而在零下 30 米的地方,我们的环境压力是 4 巴或 4 个大气压。随着深度的下降,压力的急剧增加对我们机体的空中部分产生了巨大的影响:肺部、口咽腔、耳朵甚至面罩。这些部件会受到挤压,随着深度的增加,挤压变得越来越重要,因此必须进行 “补偿”。
波义耳定律指出:在恒温条件下,气体的体积与压强成反比。
在这方面,有趣的是,如果我们的肺容量为 6 升,比如说,在 1 个大气压下的水面上,那么在零下 10 米和 2 个大气压下,肺容量将减半,变为 3 升;而在零下 20 米和 3 个大气压下,肺容量将继续减少,但减少的幅度小于比例,变为 2 升……以此类推。由此可见,肺的容积减半只发生在最初的 10 米内,之后肺的容积将不会继续减半,而是随着深度的增加而呈曲线平缓减少。
因此,我们观察到一个非常有趣的现象,即肺容量的最大缩减发生在-10 米处:随着人在水下继续下降,这种缩减会继续发生,但程度会越来越小。这就是为什么自由潜水员最大的意外或困难恰恰发生在上升的最后 10 米,肺 “突然 “恢复到原来大小的原因之一。
另一方面,固体和液体是不可压缩的,因此当压力发生变化时,我们身体中具有这些特性的部分不会发生显著变化。