Física de buceo

Cualquier persona que quiere bucear tendrá que aprender un poco sobre la física de buceo, los elementos y fenómenos físicos involucrados en el buceo. Usted no tiene que ser físico pero es útil saber un par de aspectos físicos involucrados en el buceo. Los efectos del buceo son importantes para su cuerpo y equipo. Sucesivamente los siguientes términos y fenómenos están descriptos: la presión, el aire, la disolución de gas en líquido, flotabilidad, ruido y luz en agua.

La física de buceo: el fenómeno de la presión

La mayoría de la gente conoce bien este fenómeno de compensar los oídos en el avión o nadando en la piscina. Por el aumento o disminución de presión, tiene que conseguir una presión igual dentro del oído que a la presión fuera del oído, la presión ambiental. La presión no es igual a una fuerza pero es una derivada de ella. La presión es la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una superficie particular. La presión se expresa en Pascal pero en la física de buceo se prefiere usar bar, tomándose 1 bar = 100.000 Pascal.

La fórmula: p = F/A
p= presión (Pascal = Pa)
F= Fuerza (Newton = N)
A= Superficie (metro cuadrado = m²)

La presión atmosférica = presión del aire

Fuera del agua tratamos con la presión del aire. La presión del aire es causada por el peso de las capas de la atmósfera que se encuentran por encima de usted (las moléculas de aire). La presión del aire a nivel de mar es en condiciones normales igual a 101.300 Pascal. La presión del aire disminuye a medida que se gana altura en la atmósfera. A 5000 metros de altitud es la presión del aire sólo la mitad que a nivel de mar.

Presión hidrostática = Presión en fluido

El agua también ejerce presión. Esto es diferente a la presión de aire ya que es causada por las moléculas de agua, las cuales son más pesadas. La presión en un fluido se llama presión hidrostática. En términos de buceo se llama también presión del agua. Cuanto más profundo hacemos buceo, más peso de agua nos presiona. Entonces, cuanto más profundo nos sumergimos, hay más presión hidrostática. Gracias al señor Pascal sabemos que la presión que se ejerce sobre una parte de un líquido se propaga en todas las direcciones con el mismo tamaño. Por lo tanto la presión depende de profundidad. Lea más sobre presión hidrostática en Wikipedia.

Lo que debe recordar es que cada 10 metros la presión del agua aumenta en aproximadamente 1 bar. A 10 metros de profundidad tiene una presión de 2 bar (la atmosfera también presiona con 1 bar!). Esta presión total se llama también presión absoluta. En los primeros metros bajo el agua las diferencias son relativamente las más grandes. A continuación se muestra una tabla útil.

La profundidad Presión del agua Presión del aire Presión absoluta Presión diferencial
0 metros 0 bar 1 bar 1 bar
  10 metros 1 bar 1 bar 2 bar   100%
20 metros 2 bar 1 bar 3 bar 50%
30 metros 3 bar 1 bar 4 bar 33,3%
40 metros 4 bar 1 bar 5 bar 25%
50 metros 5 bar 1 bar 6 bar 20%
la física de buceo: la presión aumenta a profundidad. Se requiere ropa especial para el buceo profundo
Buceo profundo sólo es posible con un equipo y ropa especial
Aire

Aire es un gas (compuesto). Aire consiste de diferentes gases con componentes principales de 78% de nitrógeno (N2) y 21% de oxígeno (O2). Un gas se comporta de una manera especial a diferentes presiones, volúmenes y temperaturas. Lo que tiene que recordar es que si a una temperatura constante la presión aumenta, el volumen (de un gas) disminuye igual. Por lo que un globo lleno de aire es dos veces más pequeño a 10 metros de profundidad que encima de la superficie del agua.

Para los aficianados… esto viene de la ley “General de los Gases Ideales”:

En un sistema cerrado se aplica lo siguiente: p. V = n. R. T
p = Presión en Pa
V = volumen en m³
n = cantidad de moléculas en mol (1 mol = 6,02 x 1023 partículas)
R = constante de gas = 8,31 J / K.mol
T = temperatura en grados Kelvin (T = t + 273,15)

Kelvin es una escala distinta para la temperatura. Tal vez usted ha oído de la temperatura cero absoluto. Este cero grados Kelvin son -273 grados Celsius. Para convertir grados Celsius a Kelvin tiene que sumar 273 grados a la temperatura en grados Celsius.

Gracias a señor Dalton sabemos que la presión total de un gas compuesto es igual a la suma total de las presiones de los gases separados (Ptotal = P1 + P2 + p …).

Estos principios físicos son relevantes para muchos aspectos de buceo, tales como el consumo de aire y el volumen de los espacios llenos de aire de nuestro equipo y cuerpo. Es también posible bucear con diferentes composiciones de aires, lo cual se aprende por ejemplo en la especializacion bucear con Nitrox.

La física de buceo: Gas y líquido

Se sabe que nuestro cuerpo consiste de  una gran parte de agua (líquido). Los espacios huecos en nuestro cuerpo están lleno con aire (gas). Los gases pueden disolver en líquidos. Así también en la sangre y tejidos corporales. Este es un fenómeno bastante importante en el buceo porque este fenómeno determina el tiempo sin parada, determina la velocidad de ascenso y puede resultar en paradas de descompresión.

Hace mucho tiempo William Henry hizo estudios de disolución de gases en un líquido. La ley de Henry nos dice que cuando hay una temperatura constante un líquido absorbe una cantidad de gas hasta que la presión del gas en el líquido es igual a la presión cuando el gas impacta el líquido. Como el gas se disuelve en un líquido depende de la presión, el tiempo, la temperatura, la superficie de contacto y el tipo de gas y líquido. Lo que hay que recordar para el buceo es que si la presión aumenta, el líquido pueder disolver más gas. Lea también la página sobre los efectos de buceo en el cuerpo.

Flotar: la ley de Arquímedes

Hace mucho tiempo el sabio griego descubrió que hay una fuerza que ejerce sobre un cuerpo en el agua.  Este descubrimiento se llama la ley de Arquímedes y dice lo siguiente: “Un cuerpo sumergido en un fluido (gas) en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido (o gas) que desaloja.”

Esta ley se aplica constante cuando se bucea o más específicamente en la bajada, la subida o flotando (control de la flotabilidad). También es interesante saber que el agua dulce tiene una densidad diferente que el agua salada. El agua salada es más pesada y por lo tanto ejerce una mayor fuerza hacia abrriba sobre el cuerpo (es necesario llevar más plomo…).

Física de buceo: Arquímedes descubrió la fuerza hacia arriba del agua
Física de buceo: Arquímedes descubrió la fuerza hacia arriba del agua
Sonido y agua: oír debajo del agua

Se sabe que vibraciones acústicas/ondas sonoras se mueven a través de un medio. Estas vibraciones son convertidas en sonido por nuestros oídos y cerebros. Estas ondas sonoras se comportan de manera diferente en el aire que en el agua. Lógicamente porque el aire es un gas y el agua un líquido. Usted probabemente conoce el efecto amortiguado de agua. Bajo el agua se oye apenas el ruido encima de la superficie del agua, tampoco se oye bien los tonos altos.

El sonido se mueve más rapido en el agua que en el aire (aproxamidamente 4 a 5 veces más rápido). Por lo tanto nosotros, como humanos, no podemos evaluar bien de donde viene el sonido. Sólo se puede evaluar si algo viene más cerca o más lejos pero no de qué dirección viene.

Debido a estos efectos del agua sobre el sonido los buceadores utilizan gestos de manos!

Luz y agua: ver debajo del agua

La luz también tiene una cierta longitudad de onda como el sonido. La luz visible del sol consiste de diferentes coloros (del arco iris) y cada color tiene una longitud de onda diferente. Esto se puede observar cuando hay una refracción de la luz, por ejemplo por un prisma o gotas de agua. La luz se rompe al pasarlo en un medio diferente (por ejemplo agua o vidrio). Por eso no es posible enfocar los ojos bajo el agua. Con gafas de buceo si se puede pero por la refracción de la luz se observa todos objetos más cerca y más grandes. Por lo tanto es muy difícil estimar distancias bajo el agua!

La refracción de la luz como se puede ver en un arco iris
La refracción de la luz como se puede ver en un arco iris

La luz también se filtra (absorbida) en el agua. La razón por la que vemos el agua clara como azul es por la absorción de la luz y el hecho que el azul alcanza lo más profundo en el agua (despues sucesivamente verde, amarillo, naranja y rojo). Cuánto más profundidad, menos luz penetra allí por el agua. A grandes profundidades es completamente oscuro! Antes de la inmersión en la oscuridad o visibilidad limitada puede seguir la especialidad de inmersiones nocturnas.

Hay otra razón por la cual vemos los colores de manera diferente bajo el agua. Este fenómeno se llama dispersión o difusión. La luz con una longitud de onda corta (azul) es mucho mejor dispersada que la luz con una longitud de onda larga (rojo). Este llamado effecto Raleigh es la razón por la que vemos el cielo azul.

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