FSICA DEL BUCEO

FSICA DEL BUCEO

Es la ciencia que estudia la materia y la energa, adems de su comportamiento y relaciones bajo diferentes condiciones submarina

Materia:

Es todo aquello que ocupa parte del espacio y tiene masa, existe en tres estado principales. Slido: Posee forma y volumen definido. Liquido: Tiene volumen definido pero adquiere la forma del recipiente que lo contiene, gaseoso, no tiene volumen ni forma definida.

Toda materia existe en una de los tres estados mencionados y una determinada materia puede existir en ms de un estado, segn la temperatura y presin actuante Ej: El agua existe en forma lquida, slida como el hielo y en forma de gaseosa como el vapor de agua.

Gases y Lquido

Composicin del Aire

El aire que respiramos es una simple mezcla ( no una combinacin qumica) de Oxigeno y Nitrgeno con algo de Anhdrido Carbnico y vestigios de ciertos gases raros. Las proporciones de los elementos constitutivos del aire son los siguientes:

Elementos

% en volumen

Nitrgeno (N2)

.79 %

Oxigeno (O2)

.21 %

Bixido de Carbono (Co2)

.03 %

Otros gases (Ar, Ne; Ra, Co, He)

.097 %

Gases.

Caractersticas.

Tiene masa y ocupa espacio, en comparacin con los lquidos son muy livianos y compresible, carecen de volumen y de forma definidas

.

Gases de mayor importancia.

Entre el gran nmero de gases existentes solamente alguno tienen inters especial para el buceo. Los ms importantes son los componentes principales del aire: Nitrgeno y Oxigeno.

Propiedades

El Oxigeno (O2)

Existe en la atmsfera terrestre en estado libre constituyendo el 21 % del volumen de la misma. Es incoloro, inspido e inodoro. Puede mantener la vida sin necesidad de mezclarlo con otros gases. En algunos casos se le utiliza como medio de respiracin en vez de aire. Inhalado bajo presin durante un perodo demasiado largo, produce un efecto perjudicial en el cuerpo humano, denominado envenenamiento por oxigeno. No hay combustin sin oxigeno, pero no es combustible, no arde por si solo, es decir es comburente, pero no combustible.

Nitrgeno (N2)

Es el otro componente principal del aire, existe en estado libre en la atmsfera, y constituye aproximadamente el 78% del volumen de la misma. Es incoloro, inodoro e inspido. En estado libre es inerte, es decir qumicamente es un gas inactivo, por si solo no mantiene la vida, ni la combustin y a elevadas presiones produce efectos txicos.

Helio (He)

A medida que aumenta la profundidad del buceo, otros gases adicionales, el Helio (He), manifiesta su importancia. Mezclado con una proporcin adecuada con Oxigeno, forma una atmsfera artificial para la respiracin, cuyos efectos intoxicantes bajo presin, son muy inferiores a los del Nitrgeno. Es un gas inspido, inodoro, incoloro, inerte, extraordinariamente liviano, no toxico ni explosivo. Conduce el calor con mayor rapidez que el aire.

El Hidrgeno (H2).

Es incoloro, inodoro, e inspido, forma agua si se le combina con oxigeno en la relacin 2:1; esta combinacin se produce mediante una combustin rpida y ardiente. Son tan bien explosivas las mezclas de Hidrgeno y Oxigeno, cuya relacin se aproxima a la mencionada. El Hidrgeno y el Oxigeno pueden ser mezclado en una proporcin adecuada para formar un medio de respiracin satisfactorio para inmersiones profunda. No obstante, tales mezclas no presentan ventajas importantes sobre la formada por el Helio y Oxigeno. Su uso es tcnicamente mas difcil, y por ello, prcticamente el Hidrgeno no es utilizado.Adems de los gases anterior mente mencionado (utilizado solo o mezclados) existen dos gases perjudiciales (Anhdrido Carbnico y Monxido de Carbono) que deben ser conocidos por el buceo.

El Anhdrido Carbnico (Co2).

Es incoloro inodoro e inspido en las proporciones habitualmente respirado por buzos. En elevada concentracin tiene gusto y olor cido. Consiste en la combinacin de dos parte de Oxigeno y una parte de Carbono. Se produce en la combustin y fermentacin de las materias orgnicas y en la normal oxidacin de los alimentos en el cuerpo humano. Es excelente mata fuego, por ser ms pesado que el aire. El Monxido de Carbono (Co).

Es incoloro inodoro e inspido y muy numeroso. Es producido por combustin incompleta de materias que contienen Carbono, a causa de un insuficiente suministro de Oxigeno, lo que determina inestabilidad de las molculas (Co), vida de recibir un tomo ms de Oxigeno, en la provisin de aire del buzo la consecuencias puede ser graves por perder Oxigeno en la respiracin. Existe en concentracin peligrosa en los escapes de los motores de combustin interna y en los compartimientos cerrados que contengan pintura o provisiones en descomposicin.

Lquidos

Caractersticas

Tienen masa y volumen definido pero su forma es indefinidas, en comparacin con los gases, puede ser considerado incomprensible. En lo que sigue y motivado por la necesidad de simplificacin, supondremos que el volumen de los lquidos no se modifica con los cambios de presin y / o temperatura

Para el buceo, el agua es el lquido de mayor importancia. En estado de pureza es lquido incoloro, inspido, inodoro y transparente.

Propiedad qumicamente esta formado volumtrica mente por dos partes de hidrgeno y una de oxigeno (H2O). Frecuente mente el agua posee gusto y color, lo que se debe a la presencia de otras sustancias disueltas y en suspensin.

Luz

La energa es la capacidad de ejecutar un trabajo. Existe en varias formas, siendo posible intercambiarla de una forma a otra, y almacenarla por diversos procedimientos.

El calor, la electricidad, la luz y el sonido son forma de energa.

La mayor parte de la energa utilizada proviene del sol, nos es trasmitida bajo la forma de luz y calor, es almacenada qumicamente por vegetacin convertible en combustible o en alimentos.

Luz

El proceso de la observacin visual esta relacionada con la energa. Si vemos un objeto, es por que la energa luminosa se refleja sobre el con color (frecuencia) a intensidades diferentes. La energa luminosa reflejada entra en el ojo humano y provoca impulsos nerviosos determinados al cerebro. Estos impulsos son interpretados intelectualmente, por el conocimiento de la transmisin de la luz en el aire. No obstante en el agua la transmisin luminosa tiene algunas caractersticas distintas. Por lo que el buzo puede interpretar que sus ojos lo en gaan.

Visin Subacutica

Refraccin

Es la desviacin que sufre un rayo luminoso al pasar de un medio a otro de diferente densidad ( Ej aire-agua). La luz viaja en el aire a una velocidad de 300.000 Kl. /seg., y al entrar al agua su velocidad se reduce a 225.000 Kl./seg.

Cuando nos encontramos sumergidos la luz pasa por el agua y ante de llegar a nuestros ojos pasar por el vidrio y el aire que contiene el visor, haciendo que los rayos se desven con una relacin de 3:4 de distorsin, lo cual causa que los objetos parezcan ms cerca un 25% y un tercio ms grande Ej: Un pez o cualquier objeto que se encuentre a 4 metros de distancias, debido al fenmeno de refraccin, parece estar a tres metros y de mayor tamao.

Absorcin de la Luz

La luz solar est formada por siete colores fundamentales de diferentes longitudes de ondas: Rojos, anaranjado, amarillo, verde, azul, ndigo y violeta. Estos colores son absorbidos progresivamente a medida que aumenta la profundidad o la distancia horizontal, filtrndose primeramente los colores de onda larga que son: Rojos, anaranjado y amarillo, pasando paulatinamente los colores de onda corta que son el verde y el azul.

Difusin de la Luz

Este fenmeno es el resultado de la reflexin y dispersin de los rayos luminosos, por efectos de las molculas del agua y de las partculas extraas en suspensin. Este efecto reduce encierta forma la luminosidad total, pero tiene una actuacin positiva al permitir la introduccin de rayos en lugares difcilmente iluminar (hundiduras, cuevas y otros rincones oscuros). Denoser por este efecto, solamente serian visibles los objetos iluminados directamente por los rayos solares

Reflexin de la luz

De la luz que llega a la superficie del agua, una cantidad entra y otra se refleja, esta es determinada por el ngulo del sol y las condiciones en la superficie. Eje: Cuando sale el sol a la primeras horas de la maana, la luz reflejada es de aproximadamente de un 35%, a la 10 de la maana un 17 %, a medioda un 2 %, a la 2 de la tarde un 17 % y al atardecer un 35 %, tambin habr ms luz reflejada si el mar esta rizada con pequeas olas.

Angulo critico de reflexin de la Luz

Si nos encontramos sumergido en el agua y tenemos una lmpara en posicin perpendicular a la superficie del agua, la luz se transmitir a la superficie exterior, es decir, que si una persona se encuentra en una lancha vera la luz. Si nosotros inclinamos la lmpara, la luz se transmitir hasta que la lmpara forme un ngulo no mayor de 48.6 con la lnea vertical. Si continuamos inclinando la lmpara ms all de 48.6, o se, aumentar el ngulo.

Acstica bajo el agua

La velocidad del sonido en el aire es de 340 metros por segundo. En el agua, la velocidad del sonido es de 1500 metros por segundo.

Para or se necesitan tres elementos:

1. Un cuerpo vibrante.

2. Un medio transmisor (consiste en alguna estructura material: aire, agua, etc).

3.Un odo receptor de las ondas acsticas, capaz de transformarlas en impulsos que el cerebro deba interpretar.

De los tres elementos mencionados, el medio emisor es el que ms se modifica durante el buceo.

El buzo puede or bajo el agua el ruido de un motor de lancha, un golpe con el cuchillo en el tanque, el sonido de la burbujas del regulador, etc, ms no puede precisar la direccin de donde se emite estos sonidos.

En la superficie si podemos precisar de donde se originan los sonidos. Ej: Suena la campana al lado derecho de nuestro cuerpo. La onda del sonido emitida por la campana entra primero al odo derecho y en una fraccin de segundo despus entra al odo izquierdo.

Bajo el agua, debido a que la velocidad del sonido es aproximadamente 4,5 veces ms rpida que en el aire, la diferencia de tiempo que tarda en llegar el sonido de un odo al otro es tan pequea que nuestro cerebro no llega a detectar, por lo que sentiremos que el sonido viene de todas direcciones.

Principio de Pascal.

La presin ejercida con igual fluido, se transmite con igual valor en todas las direcciones. Un recipiente lleno de lquido que contenga cinco aperturas circulares de igual seccin, en cada un de las cuales puede correr un mbolo. Si ejercemos en uno de los mbolo una cierta fuerza Ej: 1 kg, los otros cuatros mbolos sern lanzados hacia fuera, y para mantenerlos firmes habr que ejercer sobre cada uno de ellos la fuerza de 1 Kg.Peso especifico.El peso especfico (Pe) de cualquier sustancia lquida, consiste simplemente en el peso de un volumen de la sustancia especfica. Por lo tanto peso especfico (Pe), es igual a peso sobre unidad de volumen. Por ejemplo podemos afirmar que el Pe del agua destilada es de 1 Kg. Esto significa que un decmetro de agua destilada es de 1 Kg/dc3, que un dm3 de agua destilada pesa 1 Kg, o tambin que el Pe de agua es de 62, 4 Lbs x Pies.

En cambio, si nos referimos al agua de mar, afirmaremos que su Pe es de 1.026 Kg. / dm3 o de 64 Lbs x Pies3 a causas de las sales disueltas en ellas. Si llenamos de agua de mar un estanque de 33 pies de altura, la presin sobre 1 pies ubicado en el fondo ser igual al peso de una columna de agua, cuya base es un cuadrado de 1 pies de lado y su altura de 33 pies de arista. Sabiendo que cada pies cbico pesa 64 libras, podemos considerar que la columna est formada por 33 cubos de pies de arista, siendo su peso total de 1 pies x 33 pies x 64 Lbs. Pies3 = 2112 Lb, que actuarn sobre 1 Pies2 de su superficie del fondo.

Origen del 14, 7 Lbs x Pulg 2

La presin ser entonces de 2112 Lbs x Pies2, si consideramos que un pies es igual a 12 Pulgadas. Razonando 1 Pies = 12 Pulgadas y 1 Pies2 = 12 Pulgadas x 12 Pulgada = 144 Pulgadas2, la presin por Pulgadas2 se obtendr mediante el cociente de 2112 Lbs/ 144 Pulgadas/ 12 Pulgadas = 14.7 Lbs x Pulgadas2, que equivale a 1 atmsfera o 1.026 Kg. Cm2

PresinConcepto

Se da el nombre de presin a la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de superficie, o sea que la presin es igual a fuerza sobre superficie

P = F/S.

Es el cociente que resulta de dividir la fuerza entre la superficie sobre la cual se ejerce, tambin se dice: es la fuerza aplicada en cada unidad de superficie, su expresin matemtica es:

P = Presin, F = Fuerza, S = Superficie P = F/S, F = P X S, S = F/P

En nuestro caso la fuerza se mide en Kg./ cm2; si la presin se midiera en libras y la superficie en pulgadas cuadradas la presin se medir entonces en lb./Pul2.

Tipos de Presin

Presin Atmosfrica

Es consecuencia de la actuacin del peso de la atmsfera terrestre sobre la superficie de la tierra. Su valor medio se obtiene dividiendo el peso total de la atmsfera por la superficie terrestre. Esta presin acta en todas las direcciones; y todas las estructuras equilibradas (incluso nuestro cuerpo).

La accin de la presin contra las estructura equilibrada se manifiesta interior y exterior mente, en tal forma que sus efectos son comnmente neutralizado y anulado. Nuestro cuerpo ignora frecuentemente la existencia de la presin atmosfrica, pero esta sujeta a ella exteriormente. Internamente es neutralizante. El peso de una atmsfera es 1.03 Kg. x cm2

En diversas situaciones, durante el buceo, resulta conveniente expresar las presiones en atmsferas.

Presin Manomtrica

Indica la diferencia de la presin que se esta midiendo y la presin atmosfrica circundante.

Cuando afirmamos que la presin de un cilindro es de 1000 Lb x Pul2, queremos significar que la presin interna del cilindro es de 1000 Lb. x Pul2 sobre la presin atmosfrica del lugar donde est el cilindro.

Presin Absoluta

Es la presin verdadera o total que se ejerce, es decir, que la suma de la presione baromtrica y de una atmsfera de presin.

Si la presin baromtrica viene expresada en Lb x Pul2, es preciso sumar 14.7 Ln x Pul2. Para obtener la presin absoluta en aquella unidad. Si la lectura manomtrica viene expresada en atmsfera le aadimos 1 atmsfera ms, para obtener la presin absoluta, y finalmente. Si estuviera expresado en Kg x cm2, le sumamos 1.03 Kg x cm2, con el mismo fin.

Prdida de Calor

El calor es otra forma de energa. Tiene cierta relacin con la temperatura, pero es necesario distinguirlo de est. A igual de temperatura, las sustancias no contienen necesariamente la misma cantidad de energa trmica.

Transmisin del Calor.

El calor se transmite en el espacio, por tres medios o proceso que a saber son: Conduccin, conveccin y radiacin.

Conduccin.

Es la relacin de calor directamente de molcula a molcula, a travs de un sustancia, o a travs de materiales puesto en contacto.

Conveccin.

Es la transmisin de calor mediante el movimiento de fases o liquido recalentados. Si un buzo estuviese sentado en un tanque de agua en un cuarto fri perdera color, no solo por conduccin a travs del agua sino tambin por conveccin efectuada por el agua en movimiento: Esta se dilata y se torna ms liviana que el agua circundante; por consiguiente subir de nivel. Al tocar las tapas y paredes del tanque, perder color transmitindolo al ambiente; a continuacin se contraer, y descender para inicial nuevamente el ciclo.

Radiacin

Es la transmisin de calor por medio d las ondas no visibles, de la misma naturaleza que las ondas de radio difusin. Todo objeto caliente emite tales ondas y si llega a cierta temperatura, emitir onda luminosa (que reconocemos como luz). Para el buzo la perdida de calor por radiacin es muy pequea, comparada con la perdida por conduccin.

Conductividad

El rgimen de transmisin de calor por conduccin es funcin de la diferencia de temperatura entre el objeto caliente y el ambiente, y de la conductividad del material interpuesto entre ellos. La conductividad es una medida de la facilidad con que un material transmite calor por conduccin.

Consecuencias

El bucear mucho tiempo en agua fra por mucho tiempo, genera prdidas de calor: La temperatura normal del cuerpo humano es de 39 centgrados (98,6 f) y si vara habr de inmediato problemas.

El cuerpo humano se puede considerar como una maquina que esta generando continuamente calor y que controla su propia temperatura de acuerdo al medio ambiente. Cuando nos sumergimos, pasamos directamente de nuestro cuerpo al agua (conduccin) y ser absorbido 25 veces ms rpido que el aire, produciendo as ms calor del que puede producir nuestro cuerpo. Cuando un buzo empieza a temblar, es el mejor aviso que debe salir del agua.

Ley de BOYLE

Efecto directo en el descenso en el buceo libre (a pulmn o apnea)

Esta ley es muy importante en el buceo por que explica como afecta los cambios de presin a los espacio de aire, que se encuentran en nuestro cuerpo y en el equipo que llevamos puesto. Bsicamente establece que el volumen de un gas (Ejemplo: Un globo con aire) varia inversamente proporcional a la presin aplicada, mientras que la densidad varia directamente proporcional a la presin absoluta.

Efectos durante el buceo con tanque de aire comprimido.

En el caso de un buzo que usa un tanque de aire comprimido, con regulador de demanda. El volumen o tamao de sus pulmones permanecen igual desde superficie hasta la profundidad que desea llegar y la presin interna de los pulmones siempre ser igual a la presin ambiente, esto se logra gracia al mecanismo del regulador de demanda

Ley de BOYLE - MARIOTTE

Esta ley establece que: A temperatura constante, los volmenes de un gas son inversamente proporcional a la presin absoluta

La ley de BOYLE MARIOTTE: Aplicada a un gas cuyo peso se mantiene constante, tiene como consecuencia el que A temperatura constante los Pe de un gas son directamente proporcionales a las presiones absolutas. Ms brevemente podemos decir que el producto de la presin por el volumen es constante, P x V = a constante.

As si la presin se hace el doble, el triple, etc. El volumen se hace la mitad, , 1/3, del volumen primitivo. Este hecho encontrado por Boyle para el aire, fue despus hecho vlido para los gases en general.

La expresin matemtica de la ley de Boyle y Mariotte es la siguiente:

P1 x V1 = P2 x V2

Donde P1 = es la presin inicial, V1 es el Volumen inicial, P2 es la presin final o resultante, V2 es el Volumen final.

Ejemplo:

Un gas es encerrado en un recipiente de 10 dc3, est a la presin de 800 mm de Hg. Calcular la presin si el volumen se reduce a 6 dm3.

Datos

Formulas

Vl = 10 dm3 P1 x V1 = P2 x V2

P1 = 800 mm Hg.

V2 = 6 dm3. P2 = V1 x P1P2 = V2

Razonamiento

Se despeja la incgnita de la formula general, luego se sustituye los valores

Desarrollo

P2 = 10 dm3 x 800 mm Hg = 133.33 mm Hg

6 dm3 = 1333.33

Ley de Dalton

Esta ley establece que, la presin total ejercida por la mezcla de los gases es igual a la suma de las que ejercern cada uno de los gases componentes, como si fuese el nico presente y ocupase el volumen de la mezcla.

Es decir cada gas, integrante de una mezcla, contribuye con supresin parcial a crear la presin de aquella. La presin de un gas, es proporcional al nmero de molculas presente en un volumen prefijado y a una temperatura determinada.

Principio de Arqumedes

Todo cuerpo sumergido en un liquido ejerce una fuerza de abajo hacia arriba igual al peso del liquido desalojado.

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