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ⓘ Fisica della subacquea




Fisica della subacquea
                                     

ⓘ Fisica della subacquea

Alcune leggi fisiche hanno un interesse particolare per quanto riguarda la subacquea.

Le particolari condizioni dellambiente nel quale viene svolta lattività subacquea hanno infatti una serie di conseguenze sullorganismo; a ciò si aggiungono gli effetti della temperatura e della pressione sui gas respirati. Alcuni di questi effetti sono comuni ai due tipi di immersione in apnea e immersione con autorespiratore, altri sono invece peculiari solo del secondo.

                                     

1. Principio di Pascal

La legge fisica basilare ai fini dellattività subacquea, prima ancora di quelle che descrivono il comportamento dei gas alle diverse pressioni, è quella della non-comprimibilità dei liquidi. Il corpo umano è costituito per una percentuale molto elevata da liquidi: ciò spiega perché, pure a profondità e quindi pressioni elevate, non venga "schiacciato" dal peso dellacqua.

                                     

2. Legge di Boyle-Mariotte

Ciò comporta che, aumentando la profondità di immersione e quindi la pressione, il volume del gas contenuto nelle cavità corporee e nelle attrezzature si riduca; per contro, in fase di risalita il volume aumenta.

Questo ha rilevanza soprattutto nel caso di immersione con autorespiratore, durante la quale il subacqueo respira aria a pressione ambientale. In pratica se ad una profondità di 20 metri la pressione ambientale è pari a 3 bar, il subacqueo respira aria a 3 bar. In fase di risalita se laria non viene opportunamente espulsa laumento di volume della stessa può provocare un barotrauma. Ciò può accadere anche nel caso di un apneista che respiri aria in profondità, ad esempio dalla bombola di un eventuale subacqueo dappoggio.

                                     

3. Principio di Archimede

Il peso specifico dellacqua dolce è pari a 1 mentre quello dellacqua di mare è pari a circa 1.026. Il peso specifico dei tessuti dellorganismo è leggermente superiore a quello dellacqua, ma considerando i volumi delle cavità corporee che contengono aria il peso specifico del corpo umano nel suo complesso è lievemente inferiore a quello dellacqua dolce. Ciò fa sì che riempiendo i polmoni si stia a galla mentre espirando completamente si affondi.

La conseguenza di questo principio è che, a fronte di un aumento della profondità e quindi della diminuzione del volume dellaria contenuta nei polmoni si riduce la spinta verso lalto. In pratica più lapneista scende più il suo assetto diventa "negativo"; nella scelta della zavorra da usare è quindi basilare considerare anche la profondità che si pianifica di raggiungere.

Nellimmersione con autorespiratore lo strumento per compensare le modifiche di peso dovute al consumo dellaria contenuta nella bombola e di volume dellaria presente nei polmoni e nella muta è il giubbotto ad assetto variabile GAV, che ha la stessa funzione della vescica natatoria dei pesci



                                     

4. Legge di Charles

Questa legge ha un impatto apparentemente marginale sullaria contenuta nelle bombole. Le bombole sono caricate a 200 bar e caricando la bombola la temperatura interna aumenta; il successivo raffreddamento provoca una diminuzione della pressione, motivo per cui le bombole vengono caricate mentre sono immerse in acqua. È opportuno non esporre le bombole durante il trasporto a notevoli fonti di calore, per minimizzare il rischio di esplosioni. Ciononostante al momento dellingresso in acqua, in presenza di un forte divario fra temperatura esterna e temperatura dellacqua, è necessario prevedere, nella pianificazione dellimmersione, una riduzione della pressione della bombola.

Ai fini del comportamento allinterno dellorganismo dei gas respirati durante limmersione con autorespiratore, e per comprendere le interazioni dei gas con i diversi tessuti del corpo umano, hanno rilievo due ulteriori leggi fisiche: la Legge di Dalton e la Legge di Henry.

                                     

5. Legge delle pressioni parziali di Dalton

Il principio, se applicato alla subacquea, comporta che variando la pressione dellaria respirata variano anche le pressioni parziali dei gas che la compongono e variano di conseguenza gli effetti provocati sullorganismo dai gas stessi. Ad esempio lossigeno, che costituisce circa il 20% dellaria che respiriamo ovvero ha una pressione parziale di 200 millibar se respirato ad una profondità di 30 metri ovvero a 4 bar ha una pressione parziale di 800 millibar. Lossigeno diviene tossico se respirato ad una pressione parziale di circa 1.6 bar, se respirato miscelato nellaria della bombola diviene quindi tossico a 62 metri circa, respirato invece in forma pura con autorespiratore ad ossigeno diviene tossico a 6 metri. Ovvio che questi valori possono avere diversi range secondo il fisico e lallenamento. Questi valori sono tratti dai manuali federali di immersione, oppure dagli studi della DAN.

                                     

6. Legge di Henry

Questenunciato è dimportanza fondamentale per capire cosa accade allorganismo in termine di saturazione e desaturazione dei gas quando si scende in profondità equipaggiati con ARA e, soprattutto, ai fini della sicurezza e dellinsorgere di malattia da decompressione quando si risale in superficie.

Bisogna ricordare che laria che si respira è composta da una miscela di gas, due dei quali partecipano agli scambi alveolari ossigeno ed anidride carbonica; gli altri, fra cui lazoto circa il 78% di tutta la miscela, sono definiti inerti perché sono assunti ed espirati senza subire trasformazioni.

Soltanto i gas inerti, e quindi soprattutto lazoto, interessano ai fini dellapplicazione pratica della legge di Henry.

Nella nostra vita aerea siamo saturi dazoto per circa unatmosfera, e possiamo considerare poco indicative le eventuali variazioni di pressione che invece diventano imponenti nel momento in cui scendiamo in acqua ogni 10 metri di colonna di acqua aggiunge unatmosfera a quella che grava sulla superficie del mare.

Durante la discesa lazoto che viene inspirato aumenta la sua pressione parziale in modo proporzionale a quellesterna e, come dice lenunciato, si trasferisce dai polmoni al sangue e poi in tutti i tessuti disciolto nel plasma

Questa fase si chiama di saturazione, e termina nel momento in cui, raggiunta una determinata quota per un periodo sufficientemente lungo, la pressione dei gas inerti allinterno del corpo è pari a quellesterna.

Durante la risalita avviene il fenomeno inverso: lazoto in eccesso torna alla forma gassosa, attraversa il sistema venoso e viene eliminato attraverso la respirazione, in modo asintomatico, a condizione che vengano rispettati i giusti tempi dascesa e deventuali soste di decompressione.

Lesempio della bottiglia di spumante è molto calzante ed è adottato dalle didattiche di tutto il mondo: allinterno della bottiglia di spumante vi è disciolto del gas a pressione CO 2, nella fattispecie. Nel momento in cui il tappo viene tolto lanidride carbonica ritorna al suo stato gassoso sprigionando una quantità di bollicine e tende a fuoriuscire con violenza dal suo contenitore, "sparando" il tappo.

Se questoperazione è fatta con estrema cautela si può evitare la fuoriuscita del vino proprio come nellorganismo; le disattenzioni le imprudenze si possono pagare a caro prezzo con lEmbolia gassosa arteriosa.

Una volta usciti dallacqua la desaturazione non sarà ancora terminata: per questo motivo una seconda immersione dovrà essere affrontata con particolari tabelle che tengano conto dellazoto residuo ancora presente nel nostro organismo.