Física del buceo y sus leyes

8/3/2019 Física del buceo y sus leyes

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ICA DEL BUCEO Y SUS LEYES

os sabemos que si dejamos un objeto libre a una cierta altura caerá, que si agitamos con una cuchara el azúcarponemos en el café se disolverá, sabemos que una piedra se hunde y que la madera flota, etc.

os estos fenómenos, que tenemos presentes, aún de forma inconsciente en nuestros actos, se rigen porcipios y leyes físicas. Pues bien, bajo el agua, la situación cambia, pues la aplicación de estas leyes en un mediono es el nuestro, el acuático, provoca resultados diferentes, y entran en juego otras a las que no estamos

stumbrados.

sumergirnos vamos a notar unas diferencias básicas, a las que, aunque al principio extrañas, nosstumbraremos. Nuestra visión se acortará enormemente en distancia. Los sonidos, aunque escasos, loscibiremos en una nueva dimensión. Nuestro tacto se hará menos sensible, sobre todo si el agua está fria. Elto no será utilizado. El gusto no nos será útil más que para apreciar el "sabor" del aire de nuestra botella,pre un poco distinto del que estamos acostumbrados a respirar en el exterior, asi como el del agua que nos

ea, sea salada o dulce.

os a ver por que en el agua un objeto flota o se hunde, que ocurre con la presión al sumergirnos, que relación

e con el volumen y como debemos actuar.

VISIÓN SUBACUATICA

l bañarnos en una piscina de aguas limpias abrimos los ojos bajo el agua, no podremos ver claramente. se noscerá una imagen borrosa. En cambio, en un acuario podremos ver con todo detalle los peces y objetos quetiene sumergidos.

iferencia estriba en que en el primer caso, nuestros ojos están en contacto directo con el agua, y en cambio encuario existe un vidrio transparente que permite que haya una capa de aire entre el agua y los ojos.

o el agua, para solucionar este problema, deberemos mantener los ojos en contacto

el aire, (que es el medio para el que la naturaleza nos ha preparado), mediante elde la máscara de buceo, interponiendo asi un espacio de aire entre nuestros ojos ygua.

los rayos de luz que llegan a la superficie del agua, hay una parte que se refleja en(tanto mayor cuanto más lejos se halle el sol de la vertical), mientras que otra

etra en la misma, experimentando no obstante una desviación al pasar del medioeo al acuoso, por ser los mismos de distinta densidad. A lo primero se le llamaexión, mientras que el segundo fenómeno se conoce como refracción (lo que provocasi miramos desde fuera del agua un objeto introducido parcialmente en ella, pareceesté "roto").

Por esta misma razón, la luz al pasar del medio aéreo (interior de la máscara)al acuoso, provoca que bajo el agua, los objetos se vean un tercera parte más

grandes de lo que en realidad son y una cuarta parte más cerca.Otro fenómeno que habremos de soportar será la menor cantidad de luz, ya quebajo el agua parte de esta será absorbida, desviada y reflejada, perdiendocapacidad lumínica a medida que la profundidad aumenta.

El resultado es que cuanto más bajemos menos luz tendremos. También van avariar los colores: La luz blanca está compuesta de diferentes colores (y que

o es sabido son rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta) y estos van siendo absorbidos a medidaaumenta la profundidad. Los primeros colores en desaparecer son el rojo, el anaranjado, el amarillo... y asiel orden indicado. Tornándose el paisaje, a medida que bajamos, en una tonalidad verdosa, tendiente al azul,ta llegar (a partir de los 50-60 metros) a un azul monocromo, cada vez más oscuro. Si encendiésemos una luz,tableceríamos de golpe todos los colores, de aquí la utilidad de llevar una linterna entre el equipo de buceo,a forma de percibir los colores a una cierta profundidad.

S SONIDOSel agua los sonidos se propagan mucho mejor y a mayor velocidad que en el aire, a una velocidadoximadamente cinco veces superior. Ello quiere decir que será más fácil oír los sonidos. No obstante, nostará distinguir de que dirección procede.

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OTABILIDAD

cipio de Arquímedes:

cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del ido desplazado"

os introducimos en el agua de la bañera de casa, veremos que el nivel de agua sube. Pues bien: Esa cantidadagua que "aumentó", medida en litros, es igual al volumen de la parte de nuestro cuerpo que hayamosergido. Más sumerges, más sube el nivel. Y cuando sales de la bañera ves que éste desciende. A esa cantidad

agua le llamamos desplazamiento.amos con el ejemplo de la bañera. Ya estamos dentro de ella y el agua nos cubre casi todo el cuerpo.cibiremos que pesamos muchísimo menos. Sin embargo nuestro cuerpo sigue siendo el mismo y pesa igual. Lorealmente ocurre es que al sumergirnos en el agua nuestro cuerpo, igual que cualquier otro, experimenta un

puje hacia arriba igual al peso del agua que desaloja. Por eso tenemos la sensación de ser más ligeros; y es quetro del agua nuestro peso es aparentemente menor.

ejásemos una pelota de ping-pong y otra de plomo del mismo tamaño, ambas desplazarían la misma cantidadagua. En el primer caso flotaría, al pesar menos la pelota de ping-pong que el agua que desplaza, mientras queel segundo caso, se hundiría la bola de plomo ya que su peso es mayor que el del agua que desaloja. De ahí emos decir que un cuerpo flota cuando pesa menos que el agua que desplaza; y a la inversa: se hunde cuandoa más.

cuerpo humano, de promedio, tiene un peso muy similar al del agua. Ello suponepor cada Kilogramo de peso desplaza un litro de agua, que también pesa 1 Kg.

ptaremos que al estar sumergido, ni se hunde ni flota. Un buceador sumergidorá prácticamente equilibrado. Diremos que tiene flotabilidad neutra. Asi mismobién diremos que la pelota de ping-pong tiene flotabilidad positiva y la bola deo tiene flotabilidad negativa.

os visto que la fuerza ascendente que actúa sobre un cuerpo parcial o totalmenteergido es igual al peso del líquido desplazado. Este peso depende de la densidadlíquido y del volumen del cuerpo sumergido.

gua de mar contiene disueltos mas minerales y sales que el agua dulce, por lo quea más, es más densa. Un buceador sumergido en agua de mar desplazará igualtidad de agua que él mismo sumergido en agua dulce; sin embargo, puesto que el peso del agua de mar seráyor al del agua dulce, el empuje (o fuerza ascendente) será mayor en el primer caso que en el segundo. Es porque los cuerpos tienden a flotar mejor en agua de mar que en agua dulce.

a nosotros es relativamente fácil hundirnos y salir a flote si sólo nos vestimos con trajes de baño. Sin embargotilizar un traje de buceo, nuestro volumen aumenta considerablemente, por lo que adquirimos flotabilidad

itiva y se torna muy difícil sumergirnos. Por ello es necesario utilizar lastre adicional, para de tal forma volver aerimentar flotabilidad neutra o negativa.

mismo principio sirve también de base para el funcionamiento del chaleco hidrostático. Un buceador conyor volumen desplazará mayor cantidad de agua que uno de menor volumen. Cuando un buceador inmerso engua infla su chaleco compensador, lo que está haciendo es aumentar su volumen, sin modificar su peso. Alentar su volumen aumenta también el volumen de agua desplazado, por lo que aumenta su empuje y adquiere

abilidad positiva.

ESIÓN Y VOLUMENgases, al ser incapaces de mantener una forma o volumen, se reparten uniformemente por todo el volumen decontenedor, siendo la densidad de un gas muchísimo menor que la de cualquier liquido o sólido. Existenrentes gases, si bien a efectos de buceo los que nos interesan son los que componen el aire atmosférico: 79%

Nitrógeno, 20'97% de Oxígeno y 0'03% de Anhídrido Carbónico, principalmente.define presión como la fuerza dividida por la superficie (P=F/S). Como unidad de presión utilizamos laósfera, que es la que ejerce el aire que nos rodea a nivel del mar (el peso de un cilindro de mercurio de 760. de altura y cuya base tenga una superfície de 1 cm2). El valor de 1 atmósfera es la presión resultante de

ctuar una fuerza de 1 Kg. en una superfície de 1 cm2 y aproximadamente equivale a un bar (1,03 bares = 1.)

que distinguir en buceo dos tipos de presión: la atmosférica (El peso del aire sobre la superficie del agua) y laostática (el peso del agua sobre el submarinista), La suma de las dos presiones parciales nos da la absoluta,es la que nos afecta.

Cuando nos metemos bajo el agua experimentamos un aumento de presión (lacorrespondiente al peso del agua que hay sobre nosotros) cada vez mayor cuanta másprofundidad alcancemos. A esta presión hidrostática se sumará la presión del aire sobre lasuperficie del agua.

Sabiendo que una columna de agua de 10 m. de altura y 1 cm2 de sección contiene un litro deagua, y que éste pesa aproximadamente 1 Kg., obtendremos fácilmente que la presiónejercida por el agua en la base de dicha columna es de 1 Kg./cm2, es decir, 1 Atmósfera.Podemos decir que por cada diez metros de profundidad que el buceador desciende, la presióna que está sometido aumenta 1 Atmósfera.

Por todo lo anterior, podemos decir que:


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Presión absoluta = presión hidrostática + presión atmosférica

Y sustituyendo los términos por sus valores, hallamos la relación entre profundidad y presión

Presión absoluta = (profundidad / 10) + 1

icando la fórmula, podemos ver como varia la presión a medida que aumenta la profundidad

A 0 metros (en superficie y a nivel del mar) 1 at.

A 10 metros (bajo el agua) 2 at.

A 20 metros (bajo el agua) 3 at.A 30 metros (bajo el agua) 4 at.

A 40 metros (bajo el agua) 5 at.

hay más que sumar 1 at. (que tendriamos en superficie) a la presión hidrostática (1 at. por cada 10 metroscendidos).

rá que tener en cuenta que si la inmersión se realiza en un lago de montaña, con una gran altura sobre el nivelmar, la presión atmosférica será menor.

umento de la presión externa a que se somete el cuerpo del buceador no tendría mayor importancia si no fueraque hace entrar en juego las leyes que a continuación se enuncian, con los efectos que cada una tiene para eleador.

Ley de Boyle-Mariotte

Relación entre la presión y el volumen de un gas.mperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión a la que es sometido.

que es lo mismo: el volumen de un gas disminuye al aumentar la presión y aumenta al disminuir la presión.

acuerdo con esta ley, si denominamos V1 al volumen de un gas al someterlo a una presión P1, y V2 al volumenmismo gas al someterlo a otra presión P2, se enuncia:

P1 x V1 = P2 x V2

Si queremos hallar la relación entre el volumen de un gas al nivel del mar y el quetendrá a una determinada profundidad, deberemos aplicar esta fórmula junto con laanterior que relaciona presión y profundidad.

Pongamos un ejemplo: un globo de 1 litro de volumen que se encuentre a nivel del mar

(sometido a 1 atmosfera de presión), al sumergirlo a 10 metros de profundidad (2atmosferas) ocupará un volumen de ½ litro.

P1 x V1 = P2 x V21 atmosfera x 1 litro = 2 atmosferas x ½ litro

Los efectos de esta ley se manifiestan sobre el aire que se encuentra en el interior denuestro organismo (ya que los líquidos y sólidos no pueden ser comprimidos), de forma

al aumentar la presión exterior se comprimiran todas las partes de nuestro organismo en que esto sea posible.nuestro cuerpo hay varias cavidades que contienen aire y, por tanto, que se comprimen cuando buceamos. Sialguna manera conseguimos igualar la presión interior con la exterior, habremos compensado y no notaremoslestia alguna. en caso contrario puede dar lugar a problemas de importancia.

Ley de Boyle-Mariotte influye en el comportamiento del chaleco, ya que el aire quecontiene modifica su volumen en función de la presión, es decir de la profundidad, ymodificación de volumen incide de forma directa sobre la flotabilidad del buceador

aplicación del principio de Arquímedes). Ello obliga a añadir o quitar aire cuandoumenta o disminuye la profundidad, respectivamente.

ismo, debe tenerse en cuenta que esto tambien afecta al aire que se encuentratenido entre la máscara y la cara del buceador, por lo que al descender disminuirá sumen al descender, y será necesario inyectar aire en ese espacio por medio de la

iz. Al ascender aumentará de volumen y saldrá solo.

Ley de DaltonPresiones parciales en mezclas gaseosas

resión total ejercida por una mezcla de gases es la suma de las presiones parcialesos gases que componen dicha mezcla

ho de otra forma: a temperatura constante, la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de lassiones a que estaría cada uno de los gases que la componen si ocupasen el volumen total de la mezcla.

P. Absoluta = P. Parcial (1) + P. Parcial (2) + P.Parcial (3) + ........

endiendo de la presión a que se someta un gas concreto, este afectará a


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stro organismo de una u otra forma. La Ley de Dalton nos permite conocer,ndo se efectúa una inmersión con aire, a qué profundidad cada gas contenido enire puede producir efectos nocivos para nuestro cuerpo.

ejemplo, la razón de que no se practique el buceo deportivo con oxígeno puro,ando con ello los problemas que se derivan del nitrógeno contenido en el aire,que este es tóxico a partir de una presión aproximada de 1’7 atmosferas, esir, por debajo de los 7 metros de profundidad.

a calcular la presión parcial de un gas contenido en una mezcla, dividiremos elcentaje de ese gas por 100, y lo multiplicaremos por su presión.

iendo que la composición aproximada del aire es 79% N2, 20'97% O2 y 0'03% CO2, tendremos que si ese aireespiramos en superficie, es decir, a una presión total de 1 At., las presiones a que estarán sometidos susponentes serán de 0'79 At. el N2, 0'2097 At. el O2 y 0'0003 At. el CO2 (resultado de multiplicar 1 At. por el

centaje que cada gas representa en la mezcla).

que, como ya hemos dicho, el oxigeno puro comienza a ser tóxico a partir de 1,7 atmosferas de presión (7tros de profundidad), sabemos que el oxigeno en el aire lo es a partir de 2,1 atmosferas. Para saber a quéfundidad el oxígeno de la mezcla será tóxico, sólo hay que resolver la siguiente ecuación, para hallar a quésión total (que llamaremos pT) ocurrirá, sabiendo que la presión parcial tolerada del oxígeno es igual a 2'1 At.:

0'2097 x pT = 2'1 At.pT = 2'1 / 0'2097 = 10'01 At.

omo hemos visto con anterioridad, para alcanzar dicha presión la inmersión debería realizarse aoximadamente 90 metros de profundidad.

mismo modo sabremos que a partir de profundidades superiores a 30 ó 35 metros (siempre condicionado pors muchos factores) se puede producir la llamada narcosis nitrogenada o "borrachera de las profundidades" alerar el nitrogeno en el aire, la presión parcial de 4 atmósferas.

Ley de HenryDisolución de un gas a diferentes presiones.

A temperatura constante, la cantidad de un gas que es absorbido por un líquido conel que se encuentra en contacto, es directamente proporcional a la presión.

Cuando a una temperatura constante, un gas entra en contacto con un líquido, sedisuelve en él hasta el momento en que la presión exterior e interior alcancen elpunto de equilibrio.

La importancia de esta ley para el buceador es capital, teniendo en cuenta que la

sangre y tejidos se comportan como líquidos a estos efectos, y que por ello, alaumentar la profundidad y por tanto la presión, absorberán en mayor medida losgases que forman el aire que respira (y más aun si la temperatura baja). Si bien, deentre los principales componentes del aire, el anhídrido carbónico (CO2) por su pocapresencia en el aire no representa un problema, ni el oxígeno tampoco, ya que esconsumido por el organismo, el restante y más importante, el nitrógeno, gas inerteque no es consumido, es el responsable de una de los principales riesgos del buceo,la enfermedad descompresiva.

Por esta condición se ha fijado un tiempo aproximado de 12 horas para que lostejidos puedan librarse del nitrógeno saturado sobrante.

OTRAS LEYES DE INTERÉSPrincipio de Pascal

Cuando una presión actúa sobre un volumen cerrado, la presión en su interior esigual en todas partes, y actúa perpendicularmente sobre las paredes de sucontenedor

Al respirar aire bajo presión, todo el organismo recibe el gas de la mezclaantáneamente y bajo la misma presión. Gracias a ello el ser humano puede permanecer dentro del medioático respirando normalmente.

de Charles

lumen constante, la presión de un gas varía de forma directamente proporcional a la temperatura

e dejan las botellas al sol, la presión del aire de su interior aumenta.


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