Fizica scufundărilor
Această intrare sau secțiune despre scufundări nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Unele legi fizice au un interes deosebit în scufundări .
Condițiile particulare ale mediului în care se desfășoară activitatea de scufundare au de fapt o serie de consecințe asupra organismului ; la aceasta se adaugă efectele temperaturii și presiunii asupra gazelor respirate. Unele dintre aceste efecte sunt comune celor două tipuri de scufundări ( scufundări libere și scufundări ), în timp ce altele sunt specifice doar celei de-a doua.
Principiul lui Pascal
„Când există o creștere a presiunii într-un punct al unui fluid limitat, această creștere este transmisă și în fiecare punct al fluidului din interiorul recipientului cu aceeași intensitate, dar întotdeauna perpendicular pe peretele containerului pe care fluidul exercită presiunea . " |
Legea fizică de bază în scopul scufundării, chiar înainte de cele care descriu comportamentul gazelor la diferite presiuni, este aceea a necompresibilității lichidelor . Corpul uman este alcătuit dintr-un procent foarte mare de lichide: acest lucru explică de ce, chiar și la adâncimi mari (și, prin urmare, la presiuni), nu este „zdrobit” de greutatea apei.
Legea Boyle-Mariotte
"La o temperatură constantă, volumul unei anumite cantități de gaz variază invers proporțional cu presiunea la care este supus." |
Aceasta implică faptul că, prin creșterea adâncimii de imersiune și, prin urmare, a presiunii, volumul de gaz conținut în cavitățile corpului și în echipament este redus; pe de altă parte, în faza de ascensiune volumul crește.
Acest lucru este relevant mai ales în cazul scufundărilor , în timpul cărora scafandrul respiră aer la presiunea ambiantă. În practică, dacă la o adâncime de 20 de metri presiunea ambientală este egală cu 3 bari , scafandrul respiră aer la 3 bari. În timpul fazei de ascensiune, dacă aerul nu este expulzat corespunzător, creșterea volumului acestuia poate provoca un barotraumatism . Acest lucru se poate întâmpla și în cazul unui aparat care respiră aer în profunzime, de exemplu din rezervorul unui posibil scafandru de sprijin.
Principiul lui Arhimede
„Un corp scufundat într-un fluid primește o împingere de jos în sus egală cu greutatea volumului de fluid pe care îl deplasează”. |
Greutatea specifică a apei dulci este egală cu 1, în timp ce cea a apei de mare este de aproximativ 1,026. Greutatea specifică a țesuturilor corpului este puțin mai mare decât cea a apei, dar având în vedere volumele cavităților corpului care conțin aer, greutatea specifică a corpului uman în ansamblu este ușor mai mică decât cea a apei dulci. Acest lucru face ca umplerea plămânilor să plutească în timp ce expiră complet chiuvete.
Consecința acestui principiu este că, în fața unei creșteri a adâncimii și, prin urmare, a unei scăderi a volumului de aer conținut în plămâni, forța ascendentă este redusă. În practică, cu cât scufundatorul scade mai mult, cu atât plutirea lui devine „negativă”; atunci când alegeți balastul de utilizat, este esențial să luați în considerare și profunzimea pe care intenționați să o atingeți.
La scufundări cu aparate de respirație autonome, instrumentul pentru a compensa schimbările de greutate (datorită consumului de aer conținut în cilindru) și a volumului de aer prezent în plămâni și în costum este flotabilitatea variabilă vesta ( BCD , care are aceeași funcție a vezicii urinare a peștilor )
Legea lui Charles
„La volum constant, presiunea unui gaz este proporțională cu temperatura acestuia”. |
Această lege are un impact aparent marginal asupra aerului conținut în cilindri . Cilindrii sunt încărcați la 200 de bari și prin încărcarea cilindrului temperatura internă crește; răcirea ulterioară determină o scădere a presiunii, motiv pentru care cilindrii sunt încărcați în timp ce sunt scufundați în apă. Este recomandabil să nu expuneți cilindrii în timpul transportului la surse semnificative de căldură, pentru a minimiza riscul de explozie. Cu toate acestea, la intrarea în apă, în prezența unei diferențe puternice între temperatura externă și temperatura apei, este necesar să se prevadă, în planificarea scufundării, o reducere a presiunii rezervorului.
În scopul comportării în organism a gazelor respirate în timpul scufundărilor și pentru a înțelege interacțiunile gazelor cu diferitele țesuturi ale corpului uman, sunt relevante două alte legi fizice: Legea lui Dalton și Legea lui Henry .
Legea lui Dalton a presiunilor parțiale
"Presiunea totală exercitată de un amestec de gaze este egală cu suma presiunilor parțiale ale gazelor care alcătuiesc amestecul în sine" |
Principiul, dacă este aplicat scufundării, înseamnă că prin variația presiunii aerului respirat, presiunile parțiale ale gazelor care îl compun variază și, în consecință, variază efectele cauzate asupra organismului de gazele în sine. De exemplu, oxigenul , care constituie aproximativ 21% din aerul pe care îl respirăm (adică are o presiune parțială de 210 milibar), dacă este respirat la o adâncime de 30 de metri (adică 4 bari), are o presiune parțială de 840 milibar. Oxigenul devine toxic dacă se respiră la o presiune parțială de aproximativ 1,6 bari, dacă este respirat amestecat în aerul cilindrului, devine toxic la aproximativ 66 de metri, în loc de respirație sub formă pură (cu aparat de respirație autonom cu oxigen ) devine toxic la 6 metri. Evident, aceste valori pot avea intervale diferite în funcție de fizic și de antrenament. Aceste valori sunt preluate din manualele federale de scufundări sau din studiile DAN.
Legea lui Henry
"La temperatură constantă, cantitatea de gaz care se poate dizolva într-un lichid este direct proporțională cu presiunea parțială a gazului în sine" |
Această afirmație este de o importanță fundamentală pentru a înțelege ce se întâmplă cu organismul în ceea ce privește saturația și desaturarea gazelor atunci când coborâți în adâncurile echipate cu ARA și, mai presus de toate, în scopul siguranței și al apariției bolii de decompresie la ascensiune. la suprafață.
Trebuie amintit că aerul pe care îl respirați este compus dintr-un amestec de gaze, dintre care două participă la schimburile alveolare ( oxigen și dioxid de carbon ); celelalte, inclusiv azotul (aproximativ 78% din întregul amestec), sunt definite ca inerte deoarece sunt absorbite și expirate fără a suferi nicio transformare.
Doar gazele inerte și, prin urmare, mai presus de toate azotul, sunt de interes pentru aplicarea practică a legii lui Henry.
În viața noastră aeriană suntem saturați cu azot pentru aproximativ o atmosferă și putem lua în considerare orice variație de presiune care devine în schimb masivă atunci când coborâm în apă (la fiecare 10 metri de coloană de apă adaugă o atmosferă la cea care cântărește pe suprafața mării).
În timpul coborârii, azotul inhalat își mărește presiunea parțială proporțional cu cea externă și, așa cum se spune în propoziție, este transferat din plămâni în sânge și apoi în toate țesuturile dizolvate în plasmă
Această fază se numește saturație și se termină atunci când, după ce a atins o anumită altitudine pentru o perioadă suficient de lungă, presiunea gazelor inerte din interiorul corpului este egală cu cea externă.
În timpul ascensiunii se produce fenomenul invers: excesul de azot revine la forma gazoasă, trece prin sistemul venos și este eliminat prin respirație, asimptomatic, cu condiția respectării timpilor corecți de ascensiune și a oricăror opriri posibile.
Exemplul sticlei de vin spumant este foarte potrivit și este adoptat de didactica din întreaga lume: în sticla de vin spumant există gaz dizolvat sub presiune ( CO 2 , în acest caz). Când capacul este îndepărtat, dioxidul de carbon revine la starea sa gazoasă eliberând o cantitate de bule și tinde să scape violent din container, „tragând” capacul.
Dacă această operațiune se face cu precauție extremă, este posibil să se evite scurgerea vinului la fel ca în organism; neglijența și imprudența pot fi plătite scump cu embolie de gaze arteriale .
Odată ieșiți din apă, desaturarea nu va fi încă terminată: din acest motiv, o a doua scufundare va trebui să fie confruntată cu tabele speciale care țin cont de azotul rezidual încă prezent în corpul nostru.