Nociones de Física

1. Nociones de Física Y su aplicación al buceo

2. Preliminares • Cuando nuestro cuerpo se sumerge en un líquido, experimenta sustanciales variaciones de peso, volumen y presión. La razón fundamental de estas variaciones es la diferencia de densidad y, en consecuencia, de peso entre el agua y el aire. • El agua es 800 veces más densa que el aire. Por ello veamos algunas leyes físicas que afectan a la práctica del buceo: • Presión.- Es la cantidad de fuerza por unidad de superficie.Su formula es: • P (Kg/ cm2) = F / S

3. Presión atmosférica • Presión Atmosférica.- El globo terráqueo está rodeado por una gran masa gaseosa denominada atmósfera, cuyo espesor se calcula en unos 100 km. La mezcla gaseosa que nos envuelve se conoce como aire atmosférico, aunque solo dentro de los primeros 10. 000 metros es donde existen condiciones para la respiración (Troposfera). • Las diferentes capas que conforman la atmósfera se presionan entre sí, produciéndose una progresiva comprensión sobre la corteza terrestre, y en especial a nivel del mar. • De acuerdo con todo esto, definimos presión atmosférica como el resultado del peso de la columna de aire que la atmósfera ejerce sobre la tierra y los que la habitamos. Esta presión actúa en todas direcciones y equivale a nivel del mar a 1 kg/cm2 (1 Atmósfera). • El aire es compresible y, en consecuencia, su peso específico disminuye con la altura. Es decir, la presión disminuye con la altura, factor muy a tener en cuenta en la programación de inmersiones en lagos de alta montaña.

4. Presión Hidrostática o Relativa • Fuerza ejercida por una columna de líquido sobre una superficie, está en relación directa con la densidad del líquido, es decir, del peso por unidad de volumen. La densidad del agua es 1 kg/dm3, el agua del mar es 1,026 kg/dm3 por las sales disueltas. No obstante, despreciaremos esa diferencia de peso. • Si tomamos una columna de agua de 1 cm2 de base y 10 metros de altura su volumen será: • V = S x h = 1 cm2 x 1.000 cm = 1.000 cm3 = 1 litro • Como un litro de agua pesa un kilo, tendremos que sobre la base de esa columna está actuando una fuerza de 1 kilo. Es decir, por cada 10 m de profundidad, la profundidad ejercida por la columna de agua aumenta una atmósfera. Por tanto para calcular la presión relativa, tendremos que dividir por 10 la profundidad en metros a la que se encuentra el buceador. • Presión Absoluta.- Es la suma de las presiones, atmosférica y relativa, en el punto y altitud donde efectuemos la inmersión. • P abs = P atm + P rel • Normalmente las inmersiones suelen ser al nivel del mar, entonces ésta relación sería: P abs = 1 + P rel

6. LEYES DE LOS GASES • Los gases están afectados en su comportamiento por tres factores: • Presión • Volumen • Temperatura. • Siempre que usemos temperaturas, a los efectos de cálculo, se deben tomar absolutas o en grados Kelvin, que serían los grados centígrados incrementados en 273.

7. Ley de Boyle-Mariotte • Para una misma masa de gas a temperatura constante, el volumen que ocupa es inversamente proporcional a la presión ejercida, mientras que la densidad es directamente proporcional a dicha presión. P x V = Cte. P / D = Cte. • Siendo P y V la presión y el volumen de un gas en condiciones iniciales y P' y V' la presión y el volumen en condiciones finales, se cumplirá: P x V = P' x V‘ • Suponiendo la constante 1 y aumentando la presión de 1 en 1 atmósfera, veremos como quedaría la ley: • 1) P1 x V1 = 1 x 1 = 12) P2 x V2 = 2 x 0'5 = 13) P3 x V3 = 3 x 0'333 = 1- - - - - - - - - - - - - -7) P7 x V7 = 7 x 0'1428 = 1 • Vemos que en variaciones relativas de presión y volumen, un descenso de 30 a 70 metros de profundidad equivale a un descenso desde la superficie a 10 metros.

9. Ley de Charles-Gay Lussac • A volumen constante, el incremento de presión de un gas, es proporcional al incremento de su temperatura. Mientras que a Presión constante, el Volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura. P / T = Cte. P / T = P' / T' V / T = Cte. V / T = V' / T‘ • Esta Ley afecta a los mecanismos que se utilizan, que están sometidos a diferencias de temperatura ambiental (variaciones de presión en el llenado de botellas, presurización de la cámara hiperbárica, etc...). • Como aplicación de las dos Leyes nos resulta la Ecuación General de los Gases que se expresa matemáticamente de la siguiente forma: P x V P' x V‘ ------- = --------- T (ºK) T‘ (ºK) • El volumen de un gas, o suma de gases, experimenta variaciones en razón directamente proporcional a la presión que soporta.

10. Ley de Henry • A temperatura constante y a saturación, la cantidad de gas disuelta en un líquido es proporcional a la presión ejercida por el gas en contacto con el líquido. • Una forma de comprender bien esta Ley es el ejemplo de la botella de gaseosa. La botella sin destapar tiene burbujas en su interior, parece agua pero sabemos que lleva CO2 en su interior, sin embargo no se ve, esto es debido a que el gas por efecto de la presión a la que ha sido sometido durante el llenado se ha diluido en el líquido hasta alcanzar el estado de equilibrio. Al destapar la botella, la presión disminuye por efecto de la Ley de Henry y la cantidad de gas disuelto también disminuye, el gas sobrante es liberado en forma de burbujas. • Cuando una persona entra en la CHIPER, su organismo se encuentra en un estado de saturación en el ambiente atmosférico, que es el habitual. • Una vez iniciada la presurización, se crea un desequilibrio, lo cual obliga al líquido y a los tejidos a aumentar la tasa de gas en busca de un nuevo estado de equilibrio (saturación). • Una vez el gas está disuelto en el líquido, experimentará una presión (P) hacia el gas sin disolver, que se conoce con el nombre de tensión (T), dependiendo de los valores de la presión y de la tensión habrá lugar a tres estados de disolución: • Si P > T Estado de SubsaturaciónSi P = T Estado de equilibrio o SaturaciónSi P < T Estado de Sobresaturación • En el estado de subsaturación, el líquido absorbe más gas, debido a que la presión del gas es mayor que la tensión del gas en el líquido, que en el paciente es el momento del comienzo de la presurización. • En el estado de saturación, el líquido ya no puede absorber más gas a esa presión, debido a que la presión del gas es igual a la tensión de dicho gas en el seno del líquido; es la base del buceo a saturación. • En el estado de sobresaturación, el líquido elimina gas porque la presión del gas es menor que la tensión del gas en el seno del líquido, que en el buceador y en el paciente se da en el momento del ascenso.

12. Principio de Pascal Principio de Pascal • Una presión ejercida en el seno de un fluido, dentro de un recipiente cerrado se transmite inmediatamente a todo el fluido. • Cuando un buceador o persona en interior de CHIPER respira aire o mezcla gaseosa bajo presión, recibe éste a la misma presión, en todo el organismo y de forma instantánea.

13. Principio de Pascal

14. Mezcla de gases. Ley de Dalton • Normalmente en el buceo se utilizan mezclas gaseosas para respirar, la más comúnmente usada es el aire atmosférico cuya composición aproximada es: • Nitrógeno ................... 79,00 %Oxígeno ..................... 20,79 %Anhídrido Carbónico.... 0,03 % • Todo lo concerniente a la mezcla de gases está regido por la Ley de Dalton: • En una mezcla de gases, la suma de las presiones parciales de la mezcla, es igual a la presión total de la mezcla, ocupando cada gas y la mezcla los mismos volúmenes. La presión parcial de cada gas en la mezcla es proporcional a la cantidad de gas, es decir, a su concentración. • P = Pp A + Pp B + Pp C + ... Pp n • Pp A = P * (% volumen A) / 100

15. Dalton

16. Principio de Arquímedes • Todo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del fluido desplazado. • Matemáticamente sería: E = Pr - Pa • E = Empuje ascendentePr = Peso realPa = Peso aparente • Según este postulado, todo cuerpo sumergido se encuentra sometido a dos fuerzas verticales y de sentido opuesto, la del peso del cuerpo y la de oposición del propio líquido. Cuando ambas fuerzas se igualan, se llega al Equilibrio Hidrostático, de aquí se saca que todo cuerpo sumergido puede encontrarse en tres situaciones: Flotabilidad negativa, equilibrio hidrostático y flotabilidad positiva. • P > E Flotabilidad Negativa (nos hundimos)P = E Flotabilidad Neutra (equilibrio hidrostático)P < E Flotabilidad Positiva (flotamos) • Aclaremos el tema del peso aparente. Peso aparente será la diferencia entre el peso real del cuerpo sumergido y el del líquido desalojado: • Peso del cuerpo 10 Kg - Peso del líquido 8 Kg = Diferencia 2 kg.

18. Ley de Graham • La velocidad de difusión de las moléculas de un gas en el seno de un líquido, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de sus masas moleculares o densidades. • El gas más difusible es el hidrógeno, por ser el de menor masa molecular. • Llamamos difusión al fenómeno por el cual un gas que se encuentra en contacto con un líquido, el gas pasa al interior del líquido. • Veamos la Ley de Graham matemáticamente: • KV dif. = -------------- P molecular K = Constante proporcionalidad • En el caso del Helio y del Nitrógeno, que son dos gases de suma importancia en el buceo, la velocidad de difusión del He es 2,646 veces superior a la del Nitrógeno • P molecular He = 4P molecular N = 28 • K / 4 28------------- = -------- = 7 = 2,6457 K / 28 4

19. Gracias por su atención