Physikaufgabe Taucher (Studiengang Biologie)?
Moin,
bin Biologie Student und muss in meinem Physik Modul jetzt Aufgaben vorrechnen an der Tafel. Der Dozent gibt uns immer Aufgaben und wir müssen immer Gewisse Aufgaben richtig haben. Verstehe eine Aufgabe jedoch nicht so ganz vielleicht kann mir da jemand helfen.
Also die Aufgabe lautet wie folgt:
Beim Gerätetauchen trägt der Taucher auf dem Rucken eine Pressluftflasche mit 15 l Luft und einem Druck ¨ von 200 bar. Er atmet durch ein Mundstück mit einem Ventil ein, das dafür sorgt, dass die eingeatmete ¨ Luft immer einen Luftdruck hat, der gleich dem Umgebungsdruck in der jeweiligen Tauchtiefe ist. Der Taucher atmet mit einem Atemminutenvolumen von 20 l/min, d.h. er atmet in einer Minute insgesamt 20 l ein, unabhängig vom Druck.
1. Wie groß ist der Umgebungsdruck in einer Tiefe von 20 m? (Dichte von Wasser: 1 g cm−3 )
2. Wie lange kann er damit maximal in einer Tiefe von 20 m tauchen bis die Flasche leer ist?
Die Nummer 1 habe ich Verstanden und auch gelöst, aber wie muss ich bei der 2 vorgehen? Muss ich die Dichte von der Luft unter Wasser berechnen oder wie ist das jetzt gemeint ?
Über eine Hilfe würde ich mich sehr freuen :)
3 Antworten
Hallo,
wenn Du bei Frage 1 herausbekommen hast, dass der Druck in 20 m Wassertiefe = 3 bar ist, (1 bar je 10 m Wassertiefe + 1 bar "ungefährer" Luftdruck über der Wasseroberfläche (gilt so nicht für Bergsehen)), dann ist das schon mal richtig.
"ungefähr", weil der Luftdruck sich ja nach Wetterlage ändert (Hochs und Tiefs). Er ist selten genau 1 bar. Bei solchen Berechnungen wird aber 1 bar als Luftdruck der Einfachheit halber angenommen.
Dein Luftvorrat beim Tauchgang ist 200 bar x 15 Liter = 3000 barliter (jedenfalls für ideale Gase, real sind es eigentlich nur ca. 2750 barliter). Wir rechnen bei solchen Berechnungen aber trotzdem mit 3000 barliter.
In 20 m Wassertiefe atmest Du Luft mit 3-facher Dichte, also ist Dein Luftverbrauch 3 bar x 20 l/min, je Minute also 60 barliter.
3000 barliter geteilt durch 60 barliter/min = 50 Minuten.
Viele Grüße
Klaus Jorke - Tauchlehrer im Schwarzwald.
absoluter Druck in h=20 m
pab=pü+pl=roh*g*h+pl pl=1 bar=100000 Pa (Pascal)
pab=1000 kg/m³*9,81 m/s²*20 m+100000 Pa=296200 Pa
2) Zustandsgleichung von idealen Gas p*v=m*R*T
Rl=287 J/(kg*K) für Luft
v=15 l=0,015 m³
p=200 bar=200*10⁵ Pa=20000000 Pa
roh(Luft)=1,29 kg/m³ in Normzustand bei t=0° Celsius=273,15° Kelvin
p1*v1=m*R*T1 und p2*v2=m*R*T2 wenn T2=T1 ist
p1*v1=p2*v2
Frage ist nun:Was sind die 20 l/min an Luftverbrauch ?
1) Unter Normalbedingungen oder
2) in der Tauchtiefe h=20
p2=roh*g*h+pl hier p2 =Druck in 20 m Tiefe
In der Tauchtiefe h=20 m den Absolutdruck einsetzen pab=roh*g*h+Pl
Der Automat gleicht aus, dass der Umgebungsdruck (Wasserdruck) auch der Druck der Atemluft ist, weil man sonst unter beispielsweise doppeltem Druck gegenüber der Wasseroberfläche keine Luft mehr in die Lungen kriegen würde. Also wird auch Luft unter 10 bar geatmet, wenn der Außendruck so ist. Dadurch verbraucht je tiefer man geht, auch mehr Luftmenge.
(Und wenn man dann auftauchen würde und die Luft anhalten, dann würde es zu einem Lungenriss kommen können, weil sich die Luft in der Lunge wieder ausdehnen würde.)