Olivier KOPERNIK BEES 1° n° 033970227 Guide de la mer n° 1086 Moniteur Nitrox n° 3317 Niveau 2 : Physique

Olivier KOPERNIKBEES 1° n° 033970227Guide de la mer n° 1086Moniteur Nitrox n° 3317

Niveau 2 : Niveau 2 : PhysiquePhysique

Niveau 2 : Niveau 2 : PhysiquePhysiqueExplication

L’air dans vos bouteilles, la prévention pour les équilibrer les oreilles, le fonctionnement d’un détendeur sont des exemples marquants pour démontrer l’omniprésence de la pression en plongée.

Pour faire très simple la pression est un rapport entre une force sur une surface.

Définition

P = F / S

L’unité utilisée en plongée est le bar 1 bar 1 kg / cm2

Les pressions


Les pressions

La pression de l’air pression atmosphérique (P atm)La pression de l’eau pression hydrostatique ou relative (P rel)L’ensemble des pressions pression absolue (P abs)

La pression atmosphérique

C’est le poids de l’air qui entoure la terre. Ce poids diminue avec l’altitude. En plongée, on considère qu’il fait 1 bar au niveau de la mer.

P atm = 1b

La pression de l’eau

C’est le poids de l’eau qui entoure notre corps. Elle augmente de 1b tous les 10m. Par calcul, on l’obtient en divisant la profondeur en mètre par 10.

P rel = Profondeur en mètre / 10


Les pressions

La pression absolue

C’est la pression réellement subie sous l’eau

P abs = P atm + P rel


Quelques exercices d’application

Un plongeur se trouve à 10m. Quelle est la pression absolue ?2b

Un plongeur subit 2,9b de pression relative. Quelle est la profondeur ?

29mUn plongeur subit 1,3b de pression absolue. Quelle est la profondeur ?

Au palier à 3m

Application directe

La prévention des barotraumatismes est la plus importante pour vous.

Les pressions


La compressibilité d’un gaz

Explication

Vous essayez de tordre à la main un kilo de plomb. Il ne bouge pas. Un solide est en général non compressible.

Vous mettez un kilo de plomb sur une combinaison néoprène. Celle-ci s’écrase un peu. Le néoprène est légèrement compressible.

Vous prenez une bouteille de plongée. Vous mettez 200b d’air dans cette bouteille. L’air est donc compressible. C’est parce que cet air est compressible que vous êtes obligé de souffler en remontant.

Rappels

Formule de la pressionPression atmosphérique

Pression relativePression absolue



Mise en évidence

Prenons l’exemple d’un cylindre compressible, élastique que l’on fermera hermétiquement après avoir introduit 12l d’air en surface.

Conclusion

Il pourrait s’agir de la représentation des poumons d’un apnéïste. Le volume diminue avec une augmentation de pression et il augmente après une diminution de la pression.



Reprenons maintenant ce même cylindre que l’on remplie de 6l d’air à 30m ; Que se passe-t-il ?

Conclusion

Imaginez que vous donnez de l’air à un apnéïste et que celui-ci bloque sa respiration en remontant.



Définition

Selon la loi de Boyle et Mariotte, à température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qui s’exerce sur ce gaz

P1V1 = P2V2

On en déduit que PV = Constante



Quelques exercices d’application

Niveau 2 : Niveau 2 : PhysiquePhysiqueUn ballon remplie de 20l d’air se trouve plongé à 40m. Quel sera son volume en surface ?

100l

Un ballon remplie de 50l d’air en surface est plongée à une profondeur de 10m. Quel sera son volume à cette profondeur ?

25lCombien d’air détendu faudra-t-il rajouter à cette profondeur pour que le volume redevienne 50l ?

50l 25lx2bUn plongeur dispose d’un bloc de 12l gonflé à 200b. Combien de litre d’air dispose-t-il ?

2 400lSachant qu’il consomme 20l d’air par minute, combien de temps pourra-t-il rester à 20m ? On néglige le temps de remontée et de descente, ainsi que l’air résiduel dans son bloc.

2 400/60=40’.



Application directe

La prévention des barotraumatismes, la consommation en plongée, la remontée en expiration, le gonflage d’un gilet de stabilisation.

Il faut plus de temps pour commencer à remonter de 40m qu’à 10m.



La flottabilité d’un corps

Explication


La flottabilité d’un corps Rappels

Formule de Boyle Mariotte

Mise en évidence

Vous prenez un masque de plongée. Vous le faire tomber au sol. Il tombe vite.Vous prenez ce même masque que vous faites tomber dans l’eau. Sa chute est beaucoup plus lente.

Un objet a un poids sur terre. Il s’agit de son poids réel. Pour que cet objet tombe moins vite dans l’eau, il faut qu’il soit plus léger. Dans l’eau, le poids de cet objet dépendra de son poids et de son volume. Plus ce volume est important, plus le poids sera léger. On appelle ce poids le poids apparent. Le phénomène qui vient faire diminuer le poids d’un objet s’appelle la poussée d’Archimède.

Définition

Il s’agit d’un théorème.

Tout corps plongé dans un fluide reçoit une poussée verticale dirigée de bas en haut et égal au poids du volume du fluide déplacé. Cette poussée s’appelle la poussée d’Archimède.

P app = P réel – Poussée d’Archimède





Le plongeur reste entre deux eaux

Le plongeur remonte

Le plongeur descend


La flottabilité d’un corps Quelques exercices d’application

Un plongeur nu pèse 80kg. Son volume est de 78l. Quel est son poids apparent ?

2 kg.

Il ajoute une combinaison néoprène qui pèse 3kg. Avec cet ensemble son volume devient 85 l. Quel est son poids apparent ?

–2 kgIl rajoute une ceinture de plomb de 2kg d’un volume insignifiant. Quel sera son poids apparent ?

0 kgQue peut-on dire de ces trois exemples par rapport à une position dans l’eau :

Au début, son poids apparent est positif. La flottabilité est négative, il couleEnsuite son poids apparent est négatif. La flottabilité est positive, il flotteEnfin son poids apparent est nul. La flottabilité est neutre. Il reste là où il se trouve.


Application directe

Utilisation du gilet en surface, au fond, pour descendre ou pour remonter

Poids du plongeur plus léger en fin de plongée (bloc vide)



Optique et acoustique

Explication

Il se passe divers phénomènes sous l’eau :Vous voyez plus gros qu’il n’y paraît,Vous voyez plus proche,Votre champs de vision se rétrécie,Des couleurs disparaissent avec la profondeur,S’il vous avez des particules dans l’eau, en éclairant avec un phare, vous ne

voyez pas très bien, Lorsqu’on entend un bruit, on se sait pas d’où il vient etc.

L’optique

La vitesse de la lumière dans l’air est de 300 000 km/s. cette vitesse est de 225 000 km/s dans l’eau.

La perte de couleur :Rouge Disparition : 5 mOrange entre 10 et 15 mJaune entre 15 et 25 mViolet 25 mBleu et vert entre 25 et 60mMonochrome > 60 mExtinction totale entre 400 et 500m

Ces chiffres peuvent se moduler en fonction des particules dans l’eau et de la luminosité du soleil (inclinaison du soleil)





1 - Point de convergence

2 - Vision hypermétrope

Vision dans l’air

Vision dans l’eau



Taille immergée= Taille réelle * 4/3

Distance apparente= Distance réelle * 3/4

Il est plus petit qu’il n’y parait

Il est plus loin qu’il n’y parait



Plonger quand le soleil est haut



La vision dans l’eau

Tous ces phénomènes physiques entraînent pour les plongeurs des inconvénients et les obligent à porter un masque. Il permet de voir sous l’eau parfaitement (netteté), mais il comporte 3 inconvénients :

Grossissement des objetsRapprochement des objetsLimitation du champ visuel



Le son

La vitesse

Vitesse de propagation dans l’air : 330 m/s (à 0° au niveau de la mer)Vitesse de propagation dans l’eau : 1500 m/s

La perception

Les organes de perception sont différents :Dans l’air, par les organes auditifs,Dans l’eau par les organes auditifs et la boite crânienne.

L’absorption

La sensation est identique dans l’eau et dans l’air.L’absorption croit avec la fréquence. Le son aigu s’affaiblit plus que le son grave.

Un cargo s’entend de beaucoup plus loin qu’un moteur hors bord.

La direction

Dans l’eau un son est mieux perçu que dans l’air, mais il est difficile de déterminer la direction.



Application directe

On se sert du son pour la communication entre deux plongeurs. On dispose de plusieurs moyens techniques :

Choc métallique contre la bouteilleCris dans l’emboutAvertisseur sous-marinSystème de communication sous l’eau

Le son permet aussi une communication entre la surface et le fondPétard de rappelChoc contre une échelle métallique

Attention à ne jamais utiliser de pétard de rappel sur des bulles. L’onde de choc peut endommager gravement l’oreille des plongeurs.

Le dernier exemple est l’application issue directement des sondeurs.

Documents

Olivier KOPERNIK BEES 1° n° 033970227 Guide de la mer n° 1086 Moniteur Nitrox n° 3317 Niveau 2 : Physique