Jak bezpiecznie nurkować? Uraz ciśnieniowy - barotrauma
„Od Archimedesa do Paskala” – barotrauma - uraz ciśnieniowy
Jak widać na rycinie 1, za błoną bębenkową człowiek posiada przestrzeń wypełnioną powietrzem zwaną uchem środkowym.
Rysunek 1
Pinna – małżowina uszna
Ear Canal – kanał uszny
Eardrum - błona bębenkowa
Middle Ear – ucho środkowe
Inner Ear – ucho wewnętrzne
Eustachian Tube – trąbka Eustachiusza
Kiedy człowiek nurkuje, powietrze w jego uchu środkowym będzie sprężone z powodu wyższego ciśnienia wody. To oznacza, że jego błona bębenkowa rozszerzy się i przesunie się w kierunku ucha środkowego. Jeżeli napięcie stanie się zbyt duże, błona bębenkowa w końcu przerwie się, nazywamy to urazem ciśnieniowym. Aby temu zapobiec, człowiek może dostarczyć dodatkowego powietrza do swojego ucha środkowego przez trąbkę Eustachiusza. Ciśnienie wyrówna się i błona bębenkowa nie będzie już rozciągnięta.
W uchu na drodze pod górę sytuacja jest odwrócona. Błona bębenkowa będzie naciskana na zewnątrz i człowiek będzie musiał dotlenić ucho ze swojego ucha środkowego przez trąbkę Eustachiusza.
W tym eksperymencie będziecie badać te procesy.
Materiały
Butelki wykonane z politereftalanu etylenu (PET)
2 probówki
Taśma
Cienka przezroczysta folia do opakowywania żywności / folia samoprzylegająca
Naklejki / nalepki
Szpikulec
Pisak
Instrukcje i pytania
• Napełnij butelkę wodą i włóż jedną probówkę do środka, dnem do góry. Zakręć butelkę.
• Co się dzieje z powietrzem w probówce, jeżeli ściśniemy butelkę?
• Zgodnie z prawem Boyle’a
Ciśnienie p α
Normalne ciśnienie wynosi 1 bar. Jakie jest ciśnienie wewnątrz butelki, jeśli probówka do połowy jest wypełniona wodą?
• Wyjmij probówkę z butelki, wysusz ją i za pomocą naklejek utwórz skalę ciśnienia na probówce. Umieść następujące liczby na skali:
1.25 bar, 1.33 bar, 1.5 bar, 2 bar, 2.5 bar, 3 bar, 3.5 bar i 4 bar.
• Weź drugą probówkę i zakryj ją folią. Uszczelnij ją za pomocą taśmy, jak na zdjęciu 2. Folia zastępuje błonę bębenkową w tym eksperymencie.
Zdjęcie 2
• Włóż obydwie probówki do góry dnem do butelki z wodą i zakręć ją. Sprawdź pod jakim ciśnieniem „błona bębenkowa” rozerwie się jak na zdjęciu 3.
Zdjęcie 3
• Aby zbadać tą sytuację kiedy człowiek płynie w kierunku powierzchni, musimy być trochę kreatywni. Usuń starą folię, wysusz probówkę i nałóż nową folię. Za pomocą szpikulca zrób dziurkę wielkości łebka od szpilki w foli. Powtórz eksperyment, ale teraz najpierw zwiększ powoli ciśnienie aż probówka z folią zostanie wypełniona wodą do połowy. Następnie szybko otwórz butelkę i obserwuj co się dzieje z „błoną bębenkową”.
• Co jest jeszcze bardziej niebezpieczne dla błon bębenkowych? Jeżeli człowiek schodzi pod powierzchnię na głębokość 5 m, lub z 5 m na 15 m. Wyjaśnij za pomocą prawa Boyle’a. Użyj informacji, iż 10 m gromadzi 1 bar dodatkowego ciśnienia.
• Jeżeli posiadacie trochę wolnego czasu, to możecie spróbować zrobić, aby probówka unosiła się w wodzie z tak małym wysiłkiem jak to jest możliwe. Zmierzcie masę i średnicę probówki i obliczcie ile powietrza jest potrzebne, aby probówka unosiła się. Zaznaczcie obliczoną wartość na probówce i sprawcie, aby się ona unosiła. Zobaczcie jak bliskie były Wasze obliczenia.
Autor:
P.W. Zuurbier
P.Zuurbier@pcc.nu
Petrus Canisius College
Blekerskade 11, 1814 CG Alkmaar, Holland
Tłumaczenie: Katarzyna Mruk, Rafał Jakubowski (www.zabawkifizyczne.pl)