Wolfgang Wild - Physik für Tauchprofis – Auftrieb und Tarierung

Copyright: © 2014 Wolfgang Wild

Verlag: epubli GmbH, Berlin

www.epubli.de

ISBN 978-3-8442-8818-6

Das Buch darf - auch auszugsweise - nicht ohne schriftliche Genehmigung des Autors kopiert oder verbreitet werden.

Die Inhalte dieser Publikation wurden sorgfältig recherchiert, aber dennoch haftet der Autor nicht für die Folgen von Irrtümern, mit denen der vorliegende Text behaftet sein könnte.

Umschlagfoto: Steve Dunleavy

Inhaltsverzeichnis

Einleitung: Tarieren und schwereloses Schweben

Archimedes

Die Dichte des Wassers

Ein Wort zum Thema Biopren

Rechenbeispiel

Noch ein Rechenbeispiel

Boyle & Mariotte

Vom Boyle-Mariotteschen Gesetz betroffene Hohlräume beim Tauchen

Welche Hilfe bieten Boyle & Mariotte beim Tarieren?

Rechenbeispiele

Übungsaufgaben

Veränderung des Volumens einer abgeschlossenen Gasmenge beim Ab- und Aufstieg entsprechend dem Gesetz von Boyle-Mariotte

Von Boyle & Mariotte zu Charles

Praktisches Beispiel

Noch ein Rechenbeispiel

Eine weitere Überlegung zum Thema Temperatur

Von Boyle-Mariotte und Charles zu Dalton

Exkurs: Nitrox mittels Partialdruck-Methode herstellen

Problemlösungen mit Dalton

Übungsaufgaben zu Dalton

Dalton & Henry

Abschließende Bemerkungen und Ausblick auf das Thema Dekompressionstheorie & Tauchcomputer

Internetlinks statt Bibliografie

Einleitung: Tarieren und schwereloses Schweben

Wer möchte als Taucher bzw. Taucherin nicht neutral tariert sein und schwerelos unter Wasser dahingleiten können?

Moderner Tauchausbildung, hochentwickelter Tauchausrüstung und einem ständig zunehmenden Umweltschutzbewusstsein haben wir es zu verdanken, dass Taucher nicht mehr am Grund herumkriechen, keine Korallengärten durchpflügen, sich nicht durch permanentes Flossenschlagen verausgaben und nicht schon nach kurzer Zeit wieder auftauchen müssen, weil der Atemgasvorrat zur Neige geht.

Abgesehen von aktuellen Kenntnissen, die man als Tauchprofi natürlich über die Ausrüstung benötigt, die Auswirkung auf das Tarieren hat (z. B. bleiintegrierte Tarierjackets, Wing-Jackets, Sidemount-Flaschen, Tauchanzüge) – welches Wissen aus dem Bereich der Physik hilft uns beim Verständnis des Themas Auftrieb und Tarierung?

Da es sich bei diesem eBook nicht um ein Kompendium des Tauchens oder der Physik handelt, wird auf die Ausbreitung und Wiederholung fundamentaler Grundkenntnisse verzichtet. Den Leser erwarten also keine langatmigen Darlegungen zu Fragen wie: Was ist Druck? Sagt man Atmosphären, Kilogramm pro Quadratzentimeter oder Bar – oder ist etwa Pascal „richtig“? All dies und auch was es mit den in den meisten (aber nicht allen) Industrieländern üblichen SI-Einheiten auf sich hat, lässt sich mit ein par Klicks fundiert, ausführlich und kostenlos im Internet nachlesen. Wer hier als Leser Interesse und/oder Nachholbedarf hat, sei also darauf verwiesen.

In diesem eBook soll es darum gehen, nach einer jeweils knappen Vorstellung der für das Tauchen relevanten physikalischen Cracks deren Erkenntnisse auf das Thema „Auftrieb und Tarierung“ anzuwenden, und dem Tauchprofi anhand praktischer Rechenbeispiele die Relevanz der Physik für sicheres und entspanntes Tauchen aufzuzeigen. Zu einigen Themen gibt es auch noch kniffligere Übungsaufgaben ohne Ergebnis, welches sich eBook-gemäß aber per Berühren des buchinternen Links zur Kontrolle auf das Display holen lässt. Und wer möchte, kann sich mittels weiterem Link auch den kompletten Rechengang anzeigen lassen. 

Bei Zusammenhängen, die sich statt mit einem Bild oder einer Zeichnung viel besser mittels einer Flash-Animation darstellen lassen, weil Flash bekanntlich Bewegungen ermöglicht, die zu einem viel besseren Verstehen von Zusammenhängen führen, werden externe Links zu leicht findbaren Quellen im Internet angeboten (ohne Garantie, dass diese Links dauerhaft funktionieren).

Und schließlich: Der geschätzte Leser wird leicht feststellen, dass sich die behandelten Themen an alle Tauchprofis aller Tauchausbildungsorganisationen richten.

Viel Spaß beim Schmökern auf iphone, sony reader, kindle, ipad, kobo, Tablets …

Archimedes

Ein in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper erfährt einen Auftrieb mit einer Kraft, die der Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeitsmenge entspricht.

So (oder so ähnlich) kennen wir das sog. Archimedische Prinzip. Ein kurzer Blick ins Internet informiert uns, dass dieses Prinzip von dem griechischen Gelehrten Archimedes schon vor über 2.000 Jahren (ca. 200 v. Chr.) experimentell und mathematisch bewiesen wurde.

Die Dichte des Wassers

Welche Relevanz haben die Erkenntnisse von Archimedes für den Taucher? Sie bedeuten, dass die nach oben gerichtete Kraft, d. h. der Auftrieb, dadurch bestimmt wird, wie viel Wasser (Süßwasser oder Salzwasser) von dem Taucher verdrängt wird und wie viel dieses wiegt. Bei dem Hinweis auf Süß- oder Salzwasser ahnen wir schon, dass noch eine weitere Größe zu berücksichtigen ist – die sog. „Dichte“ der verdrängten Flüssigkeitsmenge. Selbstverständlich weiß der Tauchprofi, dass die Bezeichnung „Dichte“ nicht hundertprozentig korrekt ist – Wissenschaftler sagen „spezifische Schwerkraft“. Aber dem Auftrieb und der Tarierung ist das ziemlich egal. Nicht egal ist physikalisch, dass die nach oben gerichtete Kraft (das heißt der Auftrieb) umso größer ist, je größer die Dichte der Flüssigkeit ist.

Tipp: Im Internet gibt es hervorragende Flash-Animationen zu verschiedenen Themenbereichen des Tauchens, die wesentlich besser als statische Bilder das Lernen unterstützen und die man seinen Tauchschülern sicher nicht vorenthalten sollte; zum Beispiel diesezu Archimedes – oder zum „Spielen“ hier.

Aufgrund des im Meerwasser gelösten Salzes, hat dieses eine größere Dichte als Süßwasser und wiegt mehr. Ohne auf Details weiter einzugehen, die im Internet in Tausenden von Beiträgen nachgelesen werden können, für das praktische Tauchen aber nicht wirklich relevant sind, gilt unter Tauchern Folgendes als vereinbart: Ein Liter Süßwasser wiegt 1 Kilogramm, und ein Liter Salzwasser wiegt 1,03 Kilogramm. Anders ausgedrückt: Süßwasser hat eine „Dichte“ von 1 kg/Liter (1 kg/dm3) und Meerwasser eine „Dichte“ von 1,03 kg/Liter (1,03 kg/dm3).

Dass nicht jedes Süßwasser „chemisch rein“ und gleich „süß“ ist (von wegen süß – wir denken an das, was sich in machen Gewässern befindet …) und dass Salzwasser in den verschiedenen Meeren unterschiedlich „salzig“ schmeckt, ist erstens allseits bekannt und kann zweitens für unsere Betrachtungen hier außen vor bleiben.

Auch wenn dichtemäßig der Unterschied zwischen Süß- und Salzwasser nicht als sehr groß erscheinen mag (1,00 vs. 1,03), er bedeutet, dass wir beim Tauchen im Meer mehr Blei brauchen als in einem See (bei gleichem Tauchanzug und gleicher Ausrüstung).

Ein Wort zum Thema Biopren

Bevor wir einige Berechnungen anstellen, die der Tauchprofi beherrschen sollte, sei noch ein kleiner Ausflug zu einer anderen „Dichte“ gestattet. Eine wunderbare Seite des Tauchens ist ja, dass es ein Sport für Jedermann ist – groß, klein, alt, jung, schlank oder … Unser persönlicher Auftrieb im Wasser ist abhängig vom Verhältnis verschiedener Körpergewebe, denn jedes dieser Gewebe hat eine eigene spezifische Schwerkraft bzw. Dichte. Der Wert für Fett liegt bei etwa 0,8, für Knochen bei etwa 1,9 und für Muskeln bei etwa 1,08. Die meisten Menschen haben eine spezifische Schwerkraft nahe bei 1,00, was vom Verhältnis Muskeln zu Fett abhängt. Hat eine Person mehr „Biopren“ (soll heißen: Fettgewebe), so liegt ihr Wert eher unter 1,0 und sie wird daher im Wasser tendenziell an der Oberfläche treiben; bei weniger Fettgewebe liegt der Wert eher über 1,0 und die Person wird daher tendenziell sinken. Damit verglichen verdrängt unser Nass- oder Trockentauchanzug jedoch deutlich mehr Wasser, so dass auch Taucher mit nur sehr wenig „Biopren“ auf zusätzliches Bleigewicht angewiesen sind, um den Auftrieb ihres Tauchanzuges auszugleichen. (Zur Tatsache, dass die Auftriebswirkung von Neoprenmaterial mit zunehmender Tiefe bekanntlich nachlässt, siehe die knappe Besprechung von Tauchanzügen weiter unten.)