Атмосферный воздух.
Основными физическими характеристиками газов являются: плотность, давление, теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение и растворимость.
Плотность газа р представляет собой массу газа, за¬ключенную в единице объема:
р = m/V,
где m— масса газа, кг; V — объем газа, м3.
Поскольку молекулы разных газов имеют различную массу, их плотности при одинаковом давлении пропорциональны молекулярной массе.
Давление газов измеряется в системе СИ в паскалях (1 Па = 1 Н/м2). В водолазной практике пользуются единицами системы МКС — кгс/см2 (1 кгс/см2 = 9,8 кПа; 1 Па = 0,000102 кгс/см2). Различают избыточное (сверх атмос¬ферного) давление и абсолютное. Абсолютное давление равно сумме избыточного и атмосферного.
Тепловое расширение выражается в увеличении объема газа при повышении температуры и постоянном давлении. При повышении температуры газа на 1 °С первоначальный его объем увеличивается на 1/273 часть (коэффициент объемного расширения).
Растворимостью в жидкостях обладают все газы. Она характеризуется коэффициентом растворимости, равным объему газа, растворенного в 1 л жидкости при температуре 0 °С и нормальном атмосферном давлении. Растворение каждого газа в смеси происходит независимо от других газов. С увеличением температуры растворимость газов снижается. Она зависит от свойств растворителя (вода, масло и т. п.). В масле растворимость значительно больше, чем в воде.
Наша Земля окружена воздушной оболочкой, именуемой “атмосферой”, представляющей коктейль газов и обладающей определенной плотностью.
В процессе своей эволюции человек адаптировался к существованию в этой газовой среде практически неизменной по составу и состоящей из кислорода, азота, углекислого и инертных газов. Кроме того, в воздухе могут присутствовать водяные пары, содержание которых непостоянно и колеблется от 0 до 4%.
Безусловно, первого места в ряду газов, входящих в состав атмосферы, заслуживает кислород (О2). Это биологически активный газ без цвета и вкуса, плотностью 1,48 кг/м3, активно участвующий в окислительных процессах любого живого организма. Уменьшение поступления кислорода в живой организм приводит к развитию, так называемого, кислородного голодания и в крайних случаях - к остановке жизнедеятельности.
Кислород является жизненно необходимым газом для организма. Ежеминутно в воздухом мы потребляем от 250 до 350 мл кислорода в состоянии покоя и до 2500—3500 мл во время работы. Для обеспечения нормальной жизнедея¬тельности организма достаточно иметь в дыхательной газовой смеси парциальное давление кислорода около 1,96 кПа (0,2 кгс/см2).
Характеризуя физические свойства кислорода, следует указать, что он не горит, но активно поддерживает горение и является огнеопасным газом.
В водолазной практике кислород используется в чистом виде для дыхания, а так же в составе дыхательных газовых смесей.
Воздействие кислорода на организм зависит как от его концентрации, так и от времени действия (экспозиции). Повышенное парциальное давление кислорода может привести к развитию в организме патологических реакций. Эти реакции проявляются в двух формах кислородного отравления; кислородная эпилепсия (эффект Бера) и кислородная пневмония (эффект Смита). При абсолютном парциальной давлении кислорода 3,9—19,6 кПа (0,4— 2 кгс/см2) и длительных экспозициях, как правило возникает пневмоническая реакция; при давлении 29 кПа (3 кгс/см2) и более даже при коротких экспозициях, возни¬кает эпилептическая реакция. При промежуточных давлениях могут иметь место обе формы кислородного отравления.
Несмотря на малое количество в атмосферном воздухе углекислого газа (СО2), он имеет важнейшее значение в жизнедеятельности человека, являясь конечным продуктом обмена веществ в организме. Углекислый газ скапливается в клетках и тканях организма и с током крови доставляется к легким, где с дыханием выводится в атмосферу. Углекислый газ не имеет цвета, с кислым привкусом, в 1,5 раза тяжелее воздуха (плотность 1,98 кг/м3) и, поэтому, имеет склонность скапливаться в нижних частях закрытых объёмов. Накопление углекислого газа во вдыхаемом воздухе более 1% плохо переносится организмом и приводит к отравлению.
Углекислый газ является одним из конечных продуктов обмена веществ в организме. В крови человека содержится около 5—6 % углекислоты но объему. Количество образовавшегося в организме углекислого газа зависит от дея-тельности организма и может увеличиться более чем в 10 раз при переходе от покоя к работе. Непрерывный перенос и удаление газа из организма осуществляются крове¬носной, сердечно-сосудистой и дыхательной системами.
В атмосфере с содержанием углекислого газа до 1 % человек может дышать и работать долгое время. При содержании углекислого газа во вдыхаемом воздухе более 1 % изменяется режим дыхания и сердечной деятельности. Увеличивается глубина каждого вдоха и выдоха без увеличения частоты дыхания. При содержании углекислого газа около 3 % интенсивность легочной вентиляции увеличивается более чем в два раза. При дальнейшем увеличении содержания углекислого газа в воздухе дыхание становится глубже и чаще, водолаз начинает ощущать одышку, которая при концентрации углекислого газа 5—6 % становится мучительной. Эти изменения в режиме дыхания сопровождаются жаром, биением в висках, шумом в ушах, головокружением, потливостью, расстройством зрения, снижением работоспособности, повышенной возбудимостью, снижением умственной работоспособности. Дальнейшее повышение содержания углекислого газа ведет к депрессии, потере сознания и наркотическому сну.
Азот (N2) - это инертный газ плотностью 1,25 кг/м3 составляет основную часть воздуха, не имеет цвета, запаха и вкуса. Он не вступает в организме человека в какие-либо химические реакции, но, как и все газы, обладает свойством растворяться в крови и тканях организма.
Для дыхания водолазов наряду с воздухом широко применяют искусственные дыхательные смеси, в которые обязательным компонентом входит кислород, а наполнителями могут быть азот, гелий и другие инертные газы. Наибольшее применение в водолазной практике получил гелий (Не).
Гелий - инертный газ без запаха и вкуса. Это один из самых легких газов (плотность 0,18 кг/м3), в 7 раз легче воздуха.
В состав атмосферного воздуха входят азот (78,09 %), кислород (20,95 %), аргон (0.93 %), инертные газы (гелий, неон и др.), а также водород (0,01 %) и двуокись углерода (углекислый газ) (0,03 %). Кроме того, в воздухе всегда имеется некоторое количество водяных паров.
Повышение давления воздушной среды происходит по мере спуска водолаза под воду. При этом давление воздуха в скафандре будет соответствовать давлению столба воды на тело водолаза. При увеличении давления воздуха прямо пропорционально увеличиваются его плотность и удельная теплоемкость. Повышенная плотность создает дополнительное сопротивление дыханию, изменяет характер теплопотерь организма и вызывает ряд других изменений.
Газовые законы используемые для расчетов в водолазном деле:
Закон Бойля — Мариотта. Для данной массы газа произведение его объема на давление при постоянной температуре есть величина постоянная:
pV = const.
Если при неизменной температуре и постоянной массе газа меняются объем или давление, то сохраняется соотношение;
p1V1=p2V2
Закон Г е и — Л ю с с а к а. Объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с изме¬нением температуры:
V1=V0(1+ t)
где V1 — объем газа при температуре t °C; V0 — объем газа при температуре 0 °C; — коэффициент объемного расширения, равный 1/273.
В водолазной практике для спусков под воду всегда используют смеси газов (естественной смесью является воздух). Входящие в смесь газы относятся друг к другу химически индифферентно и смешиваются в различных пропорциях. При этом каждый газ распространяется по всему объему равномерно и газовая смесь является одно¬родной.
Общее давление смеси газов равно сумме давлений каждого газа, входящего в ее состав (закон Дальтона). Давление каждого газа в смеси называется парциальным (частичным) и определяется по формуле
А = рп/100
где А — парциальное давление газа; р — общее давление газовой смеси; п — процентное содержание газа в смеси по объему.
Формула справедлива для любых единиц измерения давлений. Кроме единиц давления парциальное давление можно выражать в процентах по отношению к атмосферному давлению рa, считая его равным 1 кгс/см2, В этом случае парциальное давление
p=pan
где pa — абсолютное давление смеси газов, кгс/см2; п — процентное содержание газа в смеси.
По основным физическим параметрам водная среда су¬щественно отличается от воздушной. Вода имеет плотность в 775 раз, вязкость — в 60 раз, теплоемкость — в 4 раза и теплопроводность —в 25 раз больше, чем воздух. Поскольку вода почти несжимаема, ее плотность, вязкость и теплопроводность очень мало изменяются с увеличением давления.
Вода занимает исключительное место в жизни человека, составляя на 60-70 % не только его самого, но и являясь основной жидкой составляющей пищи людей. И хотя все биологические объекты на Земле берут свое начало из водной среды, существование человека в этой среде на современном этапе эволюционного развития невозможно. По сути, водная среда является агрессивной средой для человека, создающей целый ряд труднопреодолимых проблем при попытке погружения. Экологически чистая вода, состоящая из химического соединения водорода и кислорода (Н2О), представляет собой прозрачную жидкость, с незначительным содержанием в ней растворенных солей и различных химических элементов.
Вода в сравнении с воздухом обладает целым рядом физических качеств, оказывающих непосредственное влияние на человека при погружении. Если масса 1 л воздуха составляет 1,293 г, то, как известно, 1 л воды весит - 1000 г, т.о. масса 1 л воды в 773 раза больше, чем воздуха.
Высокая плотность и вязкость водной среды создает большие затруднения при передвижении в воде.
Вода является хорошим растворителем многих веществ. В морской воде содержатся в определенных количествах почти все элементы земной коры, но больше всего— поваренной соли, солей магния, кальция и калия. В зависимости от содержания солей плотность морской воды колеблется от 1,0024 до 1,032 кг/см3. Кроме того, морская вода содержит растворенные газы: кислород 8,2 см3/л, углекислый газ 40 см3/л, азот 15,6 см3/л при 0 °С.
Температура воды в верхних слоях водоемов зависит от климатических условий и может колебаться в пределах от —2 °С (морская вода) до 30—35 °С.
Звук в воде распространяется со скоростью 1400—1500 м/с, т. е. в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе, а поглощается в сотни раз меньше.
Распространение света в воде значительно отличается от воздушной среды вследствие отражения его поверхностью воды, поглощения, рассеивания и отражения моле¬кулами воды и растворенных веществ. На отрезке пути, равном 1 м, дистиллированной водой поглощается 10% световой энергии, водопроводной—26%, морской— 31 %. Длинноволновые красные лучи поглощаются по¬верхностными слоями воды и проникают на глубину не более 10—15 м, зеленые — не глубже 100 м, а коротковол¬новые фиолетовые лучи могут проникать на глубины до 100—150 м.
Давление воздуха и воды на водолаза
Окружающая землю атмосфера обладает определённой массой и оказывает давление на поверхность земли и на все объекты, находящиеся на ее поверхности. Это давление называется “атмосферным” (физическая атмосфера) и эквивалентно давлению, оказываемому столбом ртути сечением 1 см2 и высотой 760 мм рт.ст. или столба воды высотой 10 м и 33 см (1 атм.).
На человека, погруженного в воду, дополнительно оказывает давление масса воды, находящаяся над ним и называется оно избыточным давлением.
Сумма атмосферного и избыточного давлений определяется как абсолютное давление.
По закону Архимеда на любое погруженное в воду тело (в том числе — тело водолаза) действуют две противоположно направленные силы, одна из которых направлена сверху вниз — это масса тела, а другая снизу вверх — выталкивающая сила, или сила поддержания, равная массе вытесненной им жидкости . Если выталкивающая сила больше массы погруженного тела, оно будет плавать на поверхности, если же меньше, то будет тонуть. Равнодействующая этих двух сил назы¬вается силой плавучести.
Объем водолаза в снаряжении увеличивается на 30—100 л, в зависимости от типа снаряжения. Для ком¬пенсации увеличения плавучести используются грузы, размещаемые на груди, спине и поясе, а также водолазные галоши с тяжелыми свинцовыми подошвами.
В зависимости от ко¬личества воздуха в скафандре плавучесть водолаза в вентилируемом снаряжении может колебаться от отрицательной в 40 кгс (полное обжатие) до положительной в 15кгс полное раздутие); обычно при работе водолаз имеет отрицательную плавучесть 5—10 кгс. Для плавания под водой плавучесть водолаза с помощью грузов регулируется так, чтобы она была близка к нулю. При спусках водолазов в легководолазном снаряжении их плавучесть остается практически неизменной в пределах от нуля до минус 5 кгс.
Движение водолаза в вертикальном положении практически невозможно. Водолаз вынужден наклоняться вперед под углом 30° - 45° и, производя плавательные движения руками, передвигаться по грунту. Такой тип передвижения приводит к большим энергетическим затратам и быстрому утомлению.
Интересно, что плотность морской воды на 2 3% выше речной и каждый человек, имеющий опыт плавания в соленой и пресной воде, ощутил эту казалось бы незначительную разницу по собственным ощущениям.
Свойства водной среды, оказывающие непосредственное воздействие на человека, для удобства изложения можно условно разделить на две больших группы: физические (давление, остойчивость, плавучесть) и физиологические (насыщение организма индифферентными газами, токсическое действие газов, переохлаждение и т.д.) проблемы.
Поверхность тела человека в среднем составляет 1,6 - 1,8 м2 и, поэтому, атмосферный воздух действует на человека с силой равной 156800 - 176400 Н (16000 - 18000 кгс). Например, при погружении водолаза на 90 м суммарная сила давления воды и воздуха на поверхность тела человека увеличится в 10 раз и составит 160-180 тс. Это огромное давление не наносит механических повреждений человеку в водной среде. Объясняется это тем, что тело человека состоит из тканей, состоящих на 60 - 80% из жидкости, которая, как известно, практически несжимаема. Поэтому при воздействии внешнего давления в теле человека возникает равное ему по величине противодавление.
В диапазоне освоенных глубин воздействие давления на организм человека не приводит к каким-либо серьезным последствиям.
Предельная глубина, достигнутая человеком в барокамере, составляет 696 м вод.ст. Мелкие лабораторные животные сохраняют жизнедеятельность под давлением соответствующим 1500 м вод.ст. Наличие в человеческом организме воздухоносных полостей, таких как легкие, среднее ухо, придаточные пазухи носа, рождает определенные проблемы, связанные с необходимостью выравнивания давления в этих полостях адекватно с изменением внешнего давления среды. Поэтому при погружении или при повышении окружающего давления, должно неукоснительно выполняться правило: “Давление в воздухоносных полостях организма водолаза должно соответствовать давлению окружающей среды”.
Итак, равенство окружающего давления давлению внутри воздухоносных полостей организма водолаза является непременным условием безопасности проведения водолазного спуска. При нарушении этого правила и может проявиться разрушающее механическое воздействие повышенного давления.
Так, если давление в легких будет больше или меньше наружного давления, то может произойти разрыв лёгочной ткани, так называемая “баротравма легких”. При нарушении равенства давления в среднем ухе и наружного давления может произойти разрыв барабанной перепонки, т.е. “баротравма уха".
Вместе с тем следует помнить об опасности получения “обжима водолаза”. Механизм его возникновения обусловлен локальным понижением давления под жесткими частями снаряжения (маской, шлемом, очками) по отношению к окружающему давлению. Чаще всего обжим происходит при падении водолаза на грунт, либо при быстром погружении. В этом случае очки или маска превращаются в кровососущую медицинскую банку, вызывая кровоизлияния и травмирование подлежащих тканей. Следует отметить, что обжим может быть местным (локальным) и общим, когда спуск производился, например, в шлеме с манишкой и область воздействия перепада давления значительна.
Определенную опасность для водолаза представляет газ в кишечнике, образовавшийся за время пребывания под давлением. Причиной газообразования в данном случае является неправильное питание накануне спусков, выразившееся в употреблении несовместимых продуктов или продуктов, способствующих чрезмерному газообразованию (бобовые, горох, кислая капуста и т.п.). При снижении давления образовавшийся в кишечнике газ увеличивается в объеме и приводит к перерастяжению кишечника, которое сопровождается резкими болями. Это состояние в лётной физиологии именуется как “дисбаризм кишечника”.
Во время пребывания водолазов в состоянии покоя под повышенным давлением воздуха частота пульса и артериальное давление уменьшаются. Это объясняется тем, что повышенное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе позволяет обеспечить потребности организма при меньшей интенсивности кровоснабжения тканей.
Неравномерность гидростатического давления, действующего на водолаза, приводит к увеличению сопротивления току крови в нижних конечностях. Поэтому к ногам поступает меньше крови, чем к верхним частям тела. В результате ноги быстро охлаждаются, появляется чувство общей усталости. Нарушение кровообращения в ногах особенно сильно проявляется, когда наряду с неравно¬мерным давлением имеют место повышенное парциальное давление кислорода и низкая температура воды, так как оба эти фактора вызывают сужение кровеносных сосудов.
Воздух в легкие поступает через полость носа и полость рта, глотку, гортань, дыхательное горло (трахею) и бронхи. Весь этот путь создает сопротивление потоку воздуха около 0,13—0,147 Па (14—15 мм вод. ст.). Со-противление дыханию всегда возрастает пропорционально увеличению плотности (давления) газовой смеси. В легководолазном снаряжении дополнительное сопротивление дыханию создает также дыхательная система аппарата (клапаны, шланги и т. д.). Опыты показывают, что при самом сильном вдохе дыхательные мышцы могут преодолевать сопротивление до 13,1 кПа (100 мм рт. ст.), а при выдохе — 19,9 к.Па (150 мм рт. ст.). Такую силу мышцы могут развивать только непродолжительное время, длительное же дыхание возможно при сопротивлении не более 7,9 кПа (60 мм рт. ст.). При сопротивлении 10,6—13,1 кПа (80—100 мм рт. ст.) дыхание становится неровным, человек быстро устает, а легкие растягиваются и теряют свою эластичность (способность сокращаться).
Повышенное сопротивление дыханию вызывает у человека приспособительные реакции: для снижения сопротивления дыханию он переходит с носового дыхания на ротовое, а дыхание становится более резким и глубоким.
Плавучесть водолаза.
Устойчивостью называется способность водолаза при нахождении под водой сохранять вертикальное положение и наклоняться в разные стороны без значительных усилий. Для обеспечения устойчивости необходимо, чтобы сила тяжести и сила плавучести (поддержания) находились примерно на одной вертикали и чтобы центр тяжести (точка приложения равнодействующей масс отдельных элементов снаряжения и водолаза) был ниже центра плавучести (точка приложения сил плавучести всех элементов снаряжения и водолаза).
Если это условие не будет выполнено, то нормальная устойчивость нарушается. Так, например, если водолазные грузы закрепить высоко и тем самым сместить центр тяжести выше центра плавучести, то при наклоне возникающая пара сил будет опрокидывать водолаза вниз головой и, чтобы удержаться на ногах, ему придется приложить большие усилия. Если же грузы опус¬тить очень низко, то наклону водолаза будет оказывать большое сопротивление сила плавучести.
Сила тяжести направлена вертикально вниз и равна весу водолаза со снаряжением. Точка приложения силы тяжести называется центром тяжести.
Сила поддержания направлена вертикально вверх и равна весу воды, вытесненной объемом водолаза. Эта сила стремится вытолкнуть водолаза на поверхность воды. Точка приложения силы поддержания называется центром величины.
Соотношение сил тяжести и поддержания определяет плавучесть водолаза. Плавучесть может быть положительной, отрицательной либо нулевой.
Очевидно, что положительная плавучесть должна быть у подводника, выходящего из аварийной ПЛ в снаряжении ССП. Напротив, водолаз, выполняющий работу на грунте, должен иметь отрицательную плавучесть, т.е. сила тяжести должна быть больше силы поддержания. Вместе с тем, плавание в ластах с целью осмотра грунта возможно только с нулевой плавучестью.
Для создания заданной плавучести водолазу необходимо уметь регулировать соотношение сил тяжести и поддержания. В одном случае - это надевание дополнительных специальных грузов, а в другом - изменение объема водолаза, в частности, надевание дополнительного комплекта шерстяного водолазного белья, утеплителя, степенью наполнения дыхательного мешка и т.д.
Расстояние между центром тяжести и центром величины называется метацентрической высотой. Это понятие, сопровождает моряка всю его социально-активную жизнь и оказывает непосредственное влияние на интенсивность ощущений при качке во время шторма.
Остойчивость водолаза - это способность сохранять под водой вертикальное положение и, после прекращения действия наклоняющих моментов, возвращаться к нему.
Нарушение устойчивости происходит также при потере водолазом галоши, обрыве нижнего браса, при изменении количества воздуха в скафандре и др., так как при этом изменяется нормальное взаимное расположение центров тяжести и плавучести. В случае, когда центр тяжести совпадает с центром плавучести, водолаз приобретает безразличную устойчивость.
Центральная нервная система наиболее чувствительна к воздействию неблагоприятных факторов водолазных спусков.
Самым неблагоприятным для центральной нервной системы является наркотическое действие азота. Изменение видимости и слышимости под водой приводит к сильному напряжению этой системы и преждевременному ее пере-утомлению. Повышенная потеря тепла организмом нарушает тепловое равновесие в организме и приводит к перенапряжению системы терморегуляции, управляемой центральной нервной системой. При повышенной плотности газовой среды значительно увеличивается нагрузка на дыхательную мускулатуру, что приводит к ее утомлению и повышает соответствующую нагрузку на дыхательный центр. Сознание водолазом опасности при работе под водой вызывает нервно-эмоциональное возбуждение и перенапряжение центральной нервной системы. При воздействии всего комплекса экстремальных факторов на организм водолаза в итоге возникает чрезмерное нервно-психическое напряжение, быстрое утомление; понижается работоспособность даже у опытных водолазов.
В условиях водолазного спуска пищеварение происходит менее интенсивно, нежели на поверхности, при нормальном давлении. Угнетение двигательной функции же¬лудка и кишечника задерживает в них пищу значительно дольше. При спусках под воду непосредственно после приема пищи у водолазов может появиться рвота, вызванная обжатием переполненного пищей желудка.
При пребывании человека под повышенным давлением функции глаз, как правило, не нарушаются. Видимость предметов ухудшается по мере увеличения глубины из-за снижения естественной освещенности. Удовлетворительная освещенность, позволяющая водолазу различать предметы на близком расстоянии, возможна на глубинах до 50 м. Практически при благоприятных условиях (ясный день, прозрачная вода) на этой глубине водолаз различает под водой предметы на расстоянии около 5—6 м.
Нарушение нормальной остроты зрения в воде происходит вследствие того, что коэффициент преломления световых лучей в воде (1,33—1,4) практически равен коэффициенту преломления роговицы газа. По этой причине она теряет в воде свою преломляющую силу по отношению к воздушной среде, у которой коэффициент преломления равен единице. Преломляющая сила роговицы сохраняется, если между нею и водой есть воздушная прослойка. Поэ-тому через иллюминаторы или стекло маски предметы в воде воспринимаются так же, как из воздушной среды сверху, через поверхность воды. Однако наличие воздушной. прослойки приводит к искаженному представлению о местоположении и размерах находящихся в воде пред¬метов. Из-за преломления на границе сред вода — воздух предметы воспринимаются увеличенными в размерах и смещенными со своих реальных мест.
Видимость в водной среде зависит от прозрачности воды, времени суток и места спуска. В частности, прозрачность воды в Средиземном море достигает 60 метров, а в Черном - 10-15 метров. Освещенность резко падает с увеличением глубины погружения. Так, на глубине 10 м освещенность в 4 раза меньше, чем на поверхности; на глубине 20 метров освещенность уменьшается в 8 раз, а на глубине 100 м - в несколько десятков раз. Поэтому на глубине 100 метров в солнечный день видимость составляет всего 2-3 метра. На глубине 200 и более метров царит вечная темнота. Уместно в этом разделе отметить, что температура воды с глубины более 30-60 метров постоянна и равна +4°С; а иногда и несколько меньше.
В водной среде изменяется цветоощущение в силу того, что только длинноволновые лучи (синие, фиолетовые) достигают больших глубин. На малой глубине сохраняются все цвета спектра, на глубине 20...30 метров исчезают красные и желтые лучи, а на глубине 100 м - зеленые.
Ухо человека состоит из наружного, среднего и внутреннего уха. Наружное ухо включает ушную раковину и наружный слуховой проход. Среднее ухо представляет собой воздушную полость, которая отделяется барабанной перепонкой от наружного слухового прохода, и через евстахиеву трубу сообщается с носоглоткой. Звуковые колебания через барабанную перепонку и слу¬ховые косточки передаются на перепонки овального окна и круглого окна улитки. Жидкость в улитке начинает колебаться и вызывает раздражение клеток чувствительного органа внутреннего уха. Это раздражение по слуховому нерву поступает в центр слуха головного мозга.
Одним из условий нормальной работы барабанных перепонок является равенство давления в полости среднего уха и в слуховом проходе, что обеспечивается хорошей проходимостью воздуха по евстахиевым трубам.
Звуковые сигналы воспринимаются человеком в результате воздушной и костной проводимости. В воздушной среде костная проводимость из-за большого сопротив¬ления практически не участвует в передаче звука. Вос¬приятие звука под водой зависит от того, в какой степени голова контактирует с жидкой средой. При погружении в снаряжении с жестким, шлемом звуковые колебания воды воспринимаются его стенками, а от них передаются газовой среде, окружающей голову водолаза, и только после этого, ослабленные шлемом, достигают органов слуха. Потери звуковой энергии при прохождении через стенку шлема бывают настолько велики, что водолаз не слышит звуков, передаваемых через воду. При погружении без шлема или в мягком, хорошо обтягивающем голову резиновом шлеме звук воспринимается за счет костной проводимости, так как акустическое сопротивление воды и костной ткани практически одинаково и затухание звуковых колебаний при переходе от воды к голове минимально. В этих условиях водолаз хорошо воспринимает звуки и может слышать в воде даже разговорную речь, если она передается через особый гидрофон. Когда два водолаза соприкасаются своими металлическими шлемами, они также хорошо слышат друг друга и могут разговаривать, поскольку устраняется промежуточная среда (вода), а с металла на металл звук передается с существенно меньшими потерями.
Большая скорость распространения звука в воде отрицательно сказывается на звуковой ориентации водолаза под водой. Это объясняется тем, что разница во времени поступления звукового сигнала в левое и правое ухо настолько мала, что человеком не воспринимается. Практически человек под водой вообще не может определить направление на источник звука.
С помощью нервных окончаний на коже человек воспринимает тепло, холод, боль в прикосновение. Под водой у раздетого человека чувствительность к прикосновениям сильно понижается, к боли — исчезает почти совсем, а к теплу и холоду — длительное время не изменяется.
Притупление болевой чувствительности очень опасно для водолаза, работающего под водой: он может не заметить ранения рук, туловища, головы и других частей тела и потерять много крови. Поэтому водолаз под водой должен принимать необходимые меры предосторожности от возможного ранения, особенно при работе вблизи пробоин с рваными краями в корпусе затонувшего судна, тросов с поврежденными прядями, острых предметов и др.
Организм человека поддерживает температуру тела постоянной, отличной от температуры внешней среды, на что расходуется определенная энергия. Постоянство температуры поддерживается в условиях двух постоянно протекающих процессов: образования тепла внутри организма (химическая терморегуляция) и отдачи тепла телом во внешнюю среду (физическая терморегуляция), которая происходит с выдыхаемым воздухом и путем теплоотдачи через, кожу во внешнюю среду.
В обычных условиях потеря тепла с выдыхаемым воздухом составляет 5—6 % общих теплопотерь организма. При повышенном давлении воздуха, наряду с увеличением потерь с кожного покрова, увеличиваются теплопотери с дыхательных путей и легких. Охлажденный плотный воздух, обладая повышенной теплоемкостью, глубоко проникает в дыхательные пути и отнимает значительно больше тепла, чем при нормальном давлении.
Реакцией организма на охлаждение является сужение кожных сосудов. В результате понижается температура кожи и, следовательно, отдача тепла с кожного покрова в окружающую среду. Эта реакция в разных частях тела неодинакова. Наиболее чувствительны к действию холода сосуды конечностей. Сосуды туловища сужаются в меньшей мере, и поэтому с туловища теряется больше тепла. Сосуды головы практически не сужаются, и относительная потеря тепла здесь самая большая.
В водной среде потери тепла с поверхности тела значительно увеличиваются из-за более высокой теплопроводности (в 25 раз) и теплоемкости (в 4 раза) воды по сравнению с воздухом. Однако в условиях водолазного спуска теплопотери происходят не только за счет охлаждающего действия внешней среды (теплоизлучения на внутреннюю поверхность снаряжения, температура которого равна температуре окружающей воды), но и за счет сжатого воздуха.
Следовательно, тепловая изоляция тела водолаза снаряжением и теплой одеждой не спасает его от переохлаждения, необходим также подогрев поступающего для дыхания воздуха.
При водолазных спусках в условиях повышенной температуры воды, например на малых глубинах в странах жаркого климата, а также на открытой палубе в солнечные дни температура окружающей среды становится выше комфортной, и у водолазов может наступить перегрев вследствие нарушения теплового баланса организма.
При температуре воздуха 34—35 °С теплоотдача организма за счет конвекции и излучения прекращается. Потеря же тепла путем испарения с ростом температуры увеличивается, что ведет к усилению кровообращения и отдачи тепла от внутренних органов наружному покрову. Когда этих реакций становится недостаточно для поддержания внутренней температуры на физиологически оптимальном уровне, наступает этап химической терморегуляции за счет снижения интенсивности окислительных процессов. Если повышение кожной температуры, выделение пота и тахикардия (пульс 140—180 ударов в минуту) не останавливают процесс накопления тепла в организме и температура тела повышается до 39—40 °С, у водолазов появляется жар, головная боль, головокружение, тошнота, рвота. Далее может наступить тепловой удар с потерей сознания или сердечно-сосудистые нарушения (резкое снижение артериального давления).
На деятельность сердечно-сосудистой системы водолаза под водой оказывают влияние многие факторы.
К ним относятся:
•действие повышенного парциального давления кислорода:
•увеличение физической нагрузки вследствие повышения сопротивления при движении и работе под водой;
•неравномерное обжатие верхних и нижних конечностей тела водолаза;
•низкая температура воды;
•эмоциональный стресс, сопровождающий водолазное погружение.
Наиболее выраженное действие на деятельность сердечно-сосудистой системы оказывает неравномерное обжатие верхних и нижних частей тела под водой. Оно особенно сильно проявляется при вертикальном положении водолаза.
Особую значимость для подводников имеет их эмоциональная устойчивость или готовность работы в условиях эмоционального стресса, вызванного воздействием целого ряда экстремальных факторов, сопровождающих спасение из аварийной подводной лодки.
В частности, при фактических авариях с подводными лодками, имевшими место в 1981 и 1983 годах, не справившись с эмоциональным стрессом, умерло от острой сердечной недостаточности два подводника. Эта трагедия произошла в трубе торпедного аппарата во время их шлюзования.
Для обеспечения жизнедеятельности организма под водой необходимо полноценное дыхание. В состоянии покоя человек делает 14 -18 дыхательных движений в минуту. Во время каждого вдоха в легкие поступает около 500 см3 воздуха, тем самым в течение минуты так называемая легочная вентиляция составит суммарно около 8 литров.
При физической работе частота и глубина дыхания увеличиваются; установлено, что лёгочная вентиляция при работе средней тяжести составляет около 30 л/мин, а при тяжелой - 100 л и более.
Основным фактором, ограничивающим пребывание под водой, является возрастающая с глубиной погружения плотность газовой смеси. Как образно говорят водолазы, во время спуска газовую смесь приходится буквально “лить” из-за ее высокой плотности. Возросшая плотность вдыхаемой газовой смеси и использование дыхательных аппаратов приводят к значительному увеличению сопротивления дыханию.
Оно складывается из:
•сопротивления дыхательных путей,
•сопротивления узлов дыхательного аппарата (трубки, дыхательные клапаны, регенеративное вещество),
•повышенной плотности газовой смеси.
Для уменьшения сопротивления дыханию водолаз вынужден дышать ртом.
Сопротивление дыханию вызывает усталость дыхательных мышц, затрудняет работу сердца и приводит к снижению работоспособности и утомлению. В практике акванавтов предпринимаются попытки с целью снижения плотности дыхательной газовой смеси использовать в качестве наполнителя водород.