Значение плотности при погружении на небольшие глубины

Известно, что водолазы-глубоководники могут достигать весьма значительных глубин, не обращая серьезного внимания на плотность воздуха. Однако при этом не следует забывать, что водолазу, на которого надет мягкий скафандр с жестким шлемом, воздух или дыхательная смесь подаются в подшлемное пространство под определенным давлением. В данном случае проблема сопротивления дыханию сводится лишь к преодолению сопротивления воздушному потоку, возникающему при прохождении воздуха по собственным дыхательным путям водолаза. Однако при использовании автономного водолазного снаряжения, когда человек вынужден дышать через загубник, трубки, клапаны или даже через патрон дыхательного аппарата, поглощающий углекислый газ, возникает дополнительное сопротивление дыханию.

По мере увеличения глубины погружения в таком снаряжении возрастает не только собственное сопротивление дыханию. При этом также происходит увеличение всех дополнительных сопротивлений воздушной струе и в самом дыхательном аппарате. Именно поэтому при конструировании дыхательных аппаратов следует стремиться к тому, чтобы возникающее в них в процессе дыхания сопротивление воздушной струе было минимальным. Этого можно достичь за счет использования в конструкции аппаратов широких трубок с тщательно отшлифованной внутренней поверхностью, клапанов, обладающих низким сопротивлением, а также поглотительных патронов оптимальной формы и объема с определенным размером гранул абсорбента. Конечная конструкция поглотительного патрона должна быть своеобразным компромиссом между его прочностью, габаритами и абсорбционной способностью. Если снаряжение пловца-подводника предусматривает использование открытой маски с непрерывной подачей газовой смеси, то внешнее сопротивление воздушному потоку при этом может быть сведено почти к нулю, однако такая система является крайне неэкономичной и не может быть рекомендована для широкого использования, в том числе и по причинам, связанным с сокращением времени пребывания человека под водой. Воздушные клапаны, которые бы не обладали сопротивлением, пока что не созданы, однако в некоторых замкнутых дыхательных системах обходятся и без них. В этом случае используют патрон, поглощающий углекислый газ, обладающий, правда, собственным сопротивлением воздушному потоку.

Измерить сопротивление дыханию при атмосферном давлении сравнительно легко. Это сопротивление у различных людей различно, однако принято считать, что в среднем оно равно 40 мм вод. ст. при скорости прохождения воздушной струи 1 л/сек, Один из первых дыхательных аппаратов, предназначенных для плавания под водой, также обладал сопротивлением воздушной струе при определении его на поверхности равным 40 мм вод. ст. при скорости пропускания через него воздуха 1 л/сек. При этом общее суммарное сопротивление дыханию при использовании его на поверхности было равно 80 мм вод. ст.

Для определения рабочего сопротивления дыханию при пребывании человека с дыхательным аппаратом на глубине может быть использована простая формула. Если объем проходящего через аппарат воздуха пропорционален величине, обратной корню квадратному из показателя его плотности, то сопротивление дыханию при прочих равных условиях можно считать пропорциональным корню квадратному из величины плотности и равным 

<strong>Значение плотности при погружении на небольшие глубины</strong>

Несмотря на то что эта формула с математической точки зрения не является точной, она может быть использована в качестве практического руководства. Возможность применения этой формулы на практике проиллюстрирована на рис. 27. С помощью графика, представленного на этом рисунке, можно сравнить сопротивление дыханию в миллиметрах водяного столба, при непрерывной подаче воздуха в дыхательном аппарате со скоростью 1 л/сек при пребывании человека на различных глубинах. Поверхностную плотность воздуха при этом принимают за единицу, которая на глубине 10 м будет равна 2, на глубине 20 м — 3 и т. д.

<strong>Значение плотности при погружении на небольшие глубины</strong>

На рис. 27 представлено также сопротивление дыханию (левая кривая), создающееся исключительно в дыхательных путях человека, и отображено суммарное сопротивление дыханию (правая кривая), создаваемое как за счет дыхательных путей человека, так и за счет дыхательного аппарата, оснащенного клапанами, сопротивление которого воздушному потоку точно такое же, как и сопротивление дыханию, возникающее в дыхательных путях человека при пребывании его на поверхности. Между ними представлена кривая, характеризующая сопротивление дыханию в дыхательном аппарате с замкнутым циклом, который снабжен патроном, поглощающим углекислый газ, и лишен каких бы то ни было клапанов. Как видно из рис. 27, во всех случаях по мере увеличения глубины погружения сопротивление дыханию возрастает.

Интересы практики потребовали установления определенного допустимого предела величины общего сопротивления дыханию. В идеальном случае общее сопротивление дыханию должно было бы быть таким, ниже которого работоспособность человека нисколько не снижается. Следует отметить, что среди физиологов единого мнения в отношении величины этого предела не существует. Отсутствие такого единодушия вызвано тем, что в общем эта величина носит индивидуальный характер и для разных людей различна.

Silverman и сотр. (1951) тщательно изучили сопротивление дыхательных аппаратов при атмосферном давлении. Mead (1955) изучил эту же проблему при повышенном давлении. Результаты указанных, а также ряда других исследований дают достаточно веские основания для того, чтобы считать оптимальной величиной общего сопротивления дыханию 120 мм вод. ст. при скорости прохождения воздуха через воздухопроводящие пути организма и дыхательного аппарата 1 л/сек. Этот предел при увеличении глубины погружения изменяться не должен. Поэтому на графике, представленном на рис. 27, этот предел изображен в виде вертикальной линии. Практическая значимость этого предела состоит в том, что при переходе за его границы в случае увеличения общего сопротивления дыханию появляется опасность повышения концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе, затруднения дыхания, потери работоспособности и наступления резкого переутомления. Этот предел служит лишь предостережением и вовсе не означает, что не следует пользоваться дыхательным аппаратом в тех случаях, когда общее сопротивление дыханию выходит за рамки этого предела. У опытных пловцов-подводников, которые прошли хорошую подготовку для работы в таких условиях, предельная величина сопротивления дыханию гораздо выше.

Описанный выше принцип может оказаться полезным при разработке новых дыхательных аппаратов. Он также может служить в качестве руководства в условиях, при которых физическая активность человека ограничена. Идеальным, конечно, было бы такое общее сопротивление дыханию, которое укладывалось бы в рамки кривой, представленной на рис. 27 (левая кривая). Чем больше глубина погружения пловца-подводника, тем меньше резервы дыхательного аппарата в отношении допустимого увеличения сопротивления дыханию. Наконец, при достижении пловцом-подводником глубины 80 м кривая, характеризующая сопротивление дыханию, возникающее в дыхательных путях человека, пересекает вертикальную линию. При тщательной разработке дыхательных аппаратов и использовании в дыхательных смесях газов с меньшей плотностью проблема сопротивления дыханию будет выражена не столь остро и не будет столь активно влиять на работоспособность человека под водой.

Проблеме плотности зачастую должного внимания не уделяется. Однако не следует забывать о том, что под водой могут иметь место такие условия, при которых увеличение плотности воздуха может привести не только к дискомфорту, но и к появлению у водолаза определенных расстройств. Если этим фактором не пренебрегать и вовремя его учитывать, то многих неприятностей, связанных с воздействием на человека повышенной плотности воздуха, можно избежать.

Кроме отрицательного воздействия на организм человека, повышение сопротивления дыханию может иногда играть и некоторую положительную роль, что видно на примере пловцов- подводников. Если рассматривать скорость дыхательного потока (см. рис. 5), то можно заметить, что она с увеличением сопротивления воздушному потоку изменяется. Синусная кривая при этом уплощается, что свидетельствует о снижении максимальной скорости дыхательного потока. Все это означает, что на фоне снижения максимальной скорости дыхательного потока абсорбция углекислого газа в патроне-поглотителе становится более эффективной.

Смотрите также