| El buceo y la física |
Pues bien, bajo el agua, la situación cambia, no porque no se apliquen leyes físicas, sino porque al aplicarse en un medio que no es el nuestro (el acuático) la aplicación de las leyes conocidas da lugar a resultados diferentes, y entran en juego otras a las que no estamos acostumbrados.
A continuación, y de una forma muy somera, me referiré a esas diferencias que se experimentan al pasar del medio aéreo al acuático:
Junto con esta pérdida de color, y a causa de la necesidad de utilizar la máscara para ver bajo el agua (interponiendo una cámara de aire entre ésta y los ojos del buceador), los objetos se ven un tercera parte más grandes de lo que en realidad son y como si se hallaran una cuarta parte más cerca.
Este mismo principio sirve también de base para el funcionamiento del chaleco hidrostático. Hinchando el mismo, el buceador "disminuye su densidad", es decir, aumenta su volumen sin prácticamente aumentar su peso, lo que comporta que el empuje del agua sea superior al mismo, y le haga flotar (le da flotabilidad positiva). No obstante, como a continuación se verá, en el funcionamiento del chaleco influye también otra ley no menos importante, la de Boyle-Mariotte.
Esta presión disminuye con la altura (ya que hay menos aire encima) y aumenta con la profundidad. Si bien la disminución de presión por efecto de la altura es casi imperceptible, cuando el buceador se sumerge en el agua la presión a que está sometido aumenta de forma espectacular, ya que a la presión del aire a nivel del mar (presión atmosférica) se suma la provocada por el peso del agua que tiene por encima durante la inmersión.
Sabiendo que una columna de agua de 10 m. de altura y 1 cm2 de sección contiene un litro de agua, y que éste pesa aproximadamente 1 Kg., obtendremos fácilmente que la presión ejercida 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 presión a que está sometido aumenta 1 Atmósfera.
Si denominamos presión relativa a la ejercida por la columna de agua existente sobre el buceador y presión absoluta a la total soportada por éste, tendremos:
El aumento de la presión externa a que se somete el cuerpo del buceador no tendría mayor importancia (a las profundidades propias del buceo deportivo, se entiende) si no fuera porque hace entrar en juego las leyes que a continuación se enuncian, con los efectos que cada una tiene para el buceador.
De acuerdo con esta ley,
La Ley de Boyle-Mariotte también influye en el comportamiento del chaleco, ya que el aire que éste contiene modifica su volumen en función de la presión, es decir de la profundidad, y esta modificación de volumen incide de forma directa sobre la flotabilidad del buceador (en aplicación del principio de Arquímedes). Ello obliga a añadir o quitar aire cuando se aumenta o disminuye la profundidad, respectivamente, y cobra gran importancia al ascender, lo que es aconsejable efectuar con el tubo de vaciado del chaleco en la mano para poder ir expulsando aire a medida que se asciende y evitar así que el chaleco actue como un globo y haga subir al buceador a velocidad excesiva.
Esta ley dice que:
La Ley de Dalton nos permite conocer, cuando se efectúa una inmersión con aire, a qué profundidad el oxígeno contenido en ese aire será tóxico.
Sabiendo que la composición aproximada del aire es 79% N2, 20'97% O2 y 0'03% CO2, tendremos que si ese aire lo respiramos en superficie, es decir, a una presión total de 1 At., las presiones a que estarán sometidos sus componentes 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 porcentaje que cada gas representa en la mezcla).
Para saber a qué profundidad el oxígeno de la mezcla será tóxico, sólo hay que resolver la siguiente ecuación, para hallar a qué presión total (que llamaremos pT) ocurrirá, sabiendo que la presión parcial tolerada del oxígeno es igual a 2'1 At.:
pT = 2'1 / 0'2097 = 10'01 At.
Nos dice que:
Todos nuestros actos cotidianos están regidos de forma inevitable por principios que a lo largo de la Historia, como consecuencia de la observación sistemática de los mismos, han sido recogidos en lo que denominamos Leyes físicas. Aunque no pensemos normalmente en ellas, las conocemos (si no su formulación, sí sus efectos, incluso quienes no las han estudiado), y las tenemos muy presentes de forma inconsciente en todos nuestros actos. Así, sabemos que si dejamos un objeto libre a una cierta altura caerá, sabemos que si agitamos con una cuchara el azúcar que ponemos en la leche se disolverá en ella, etc.
Esta parte de la luz solar que llega al interior del agua, va perdiendo capacidad lumínica a medida que la profundidad aumenta. Ello provoca que, al existir menos intensidad de luz, nuestro ojo no sea capaz de percibir todos los colores que forman la luz blanca (y que como es sabido son rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta). El primer color de los visibles que nuestro ojo deja de percibir es el rojo, luego el anaranjado, y así por el orden indicado hasta que llega un momento en que todo es (se ve) azulado. De aquí la utilidad de llevar una linterna entre el equipo de buceo, única forma de percibir los colores a una cierta profundidad.
Debido a que la densidad media del cuerpo humano es prácticamente igual a la del agua, (es decir, pesa lo mismo que su mismo volumen de agua) sumergido en la misma tiene lo que se denomina flotabilidad neutra, es decir, ni sube ni baja. Por ello para poder sumergirse el buceador debe "aumentar de densidad", es decir, aumentar su peso sin aumentar, o aumentando al mínimo, su volumen, de forma que aquél sea superior al empuje del agua, es decir, que tenga flotabilidad negativa. A tal fin se utiliza el lastre, consistente en pequeñas piezas de un material de gran densidad como es el plomo, sin olvidar que el resto del equipo también contribuye.
Y sustituyendo los términos por sus valores, hallamos la relación entre profundidad y presión:
Aplicando la fórmula, podemos ver que, por ejemplo, a diez metros de profundidad la presión es de 2 Atmósferas (el doble de la atmosférica), mientras que a treinta y cinco metros es de 4'5 Atmósferas.
Debo indicar que, aunque aquí siempre me refiero a la inmersión en el mar, por ser la más común, lo dicho es aplicable igualmente a la realizada en lagos. Debe tenerse en cuenta, no obstante, que si la inmersión se realiza en un lago de montaña, con una gran altura sobre el nivel del mar, y dónde por tanto la presión atmosférica es menor, ese dato deberá ser tenido en cuenta.
a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión a la que es sometido.
Dicho con una fórmula, si denominamos V1 al volumen de un gas al someterlo a una presión P1, y V2 al volumen del mismo gas al someterlo a otra presión P2, se enuncia:
Si queremos hallar la relación entre el volumen de un gas al nivel del mar y el que tendrá a una determinada profundidad, no hay más que aplicar la fórmula indicada junto con la antes expuesta que relaciona presión y profundidad.
Los efectos de esta ley se manifiestan sobre el aire que se encuentra en el interior de nuestro organismo (ya que los líquidos y sólidos no pueden ser comprimidos), y de no ser corregidos, compensando la diferencia de presión, pueden dar lugar a
problemas de importancia.
Asimismo, debe tenerse en cuenta que al aire que se encuentra contenido entre la máscara y la cara del buceador, también le afecta lo dicho, por lo que disminuirá de volumen al descender, y será necesario inyectar aire en ese espacio por medio de la nariz. Al ascender aumentará de volumen y saldrá solo.
a temperatura constante, la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones a que estaría cada uno de los gases que la componen si ocupasen el volumen total de la mezcla.
El contenido de esta ley es importante porque, en función de la presión a que se someta un gas concreto, afecta a nuestro organismo de una u otra forma. Por ejemplo, la razón de que no se practique el buceo deportivo con oxígeno puro, evitando así todos los problemas que se derivan del nitrógeno contenido en el aire, es que el oxígeno es tóxico a partir de una presión aproximada de 1'8 Atmósferas, es decir, por debajo de los 7 metros de profundidad (por ello sí es utilizable en inmersiones por encima de esa cota).
Y como hemos visto con anterioridad, para alcanzar dicha presión la inmersión debería realizarse a aproximadamente 90 metros de profundidad, por lo que a profundidades inferiores el oxígeno no dará problemas.
A temperatura constante, la cantidad de un gas que es absorbido por un líquido con el que se encuentra en contacto, es directamente proporcional a la presión.
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, al aumentar la profundidad y por tanto la presión, absorberán en mayor medida los gases que forman el aire que respira (y más aun si la temperatura baja). Si bien, de entre los principales componentes del aire, el anhídrido carbónico (CO2) por su poca presencia en el aire no representa un problema, ni el oxígeno tampoco, ya que es consumido por el organismo, el restante y más importante, el nitrógeno, gas inerte que no es consumido, es el responsable de una de los principales riesgos del buceo, la enfermedad descompresiva.
