PRINCIPIO DI PASCAL

"LA PRESSIONE ESERCITATA IN UNA REGIONE QUALSIASI DI UN FLUIDO SI DISTRIBUISCE UNIFORMEMENTE PER TUTTO IL FLUIDO IN TUTTE LE DIREZIONI E CON UGUALE INTENSITÀ'"

Sostanzialmente il principio di Pascal ci interessa in quanto conferma che la pressione a cui siamo soggetti sia in aria che in acqua non ci sovrasta schiacciandoci ma ci avvolge uniformemente, questo ci fa comprendere il motivo per cui non sentiamo la pressione atmosferica che ci schiaccerebbe al suolo ma ci permette di camminare, correre, muoverci, insomma ci consente di vivere.
Considerando che la superficie di un uomo può essere di circa 15.000 cm2 significa che al livello del mare siamo avvolti da una pressione totale di 15.000 kg. che diventano 30.000 a 10 metri di profondità, appunto perchè la pressione ci avvolge che riusciamo a sopportarla.
La dimostrazione del principio di Pascal consiste nel premere con un pistone un liquido contenuto in un cilindro avente dei fori dello stesso diametro ed altezza, gli zampilli che usciranno dai fori avranno tutti la stessa intensità.

PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

UN CORPO IMMERSO IN UN FLUIDO RICEVE UNA SPINTA DAL BASSO VERSO L'ALTO PARI AL PESO DEL VOLUME DEL LIQUIDO SPOSTATO"

In altre parole scopriamo che esiste una spinta che agisce esattamente in direzione opposta alla spinta di gravità Se confrontiamo le forze agenti ci possono essere tre casi diversi e precisamente:

• Peso (P) > Spinta (S): Il corpo affonda. Assetto idrostatico negativo
• Peso (P) = Spinta (S): Il corpo resta in equilibrio. Assetto idrostatico neutro
• Peso (P) < Spinta (S): Il corpo galleggia. Assetto idrostatico positivo.

Quando siamo in aria la spinta è irrilevante in quanto la spinta di Archimede, considerando una persona di 100 Kg. e 100 litri, sarebbe di 0.13 Kg.

Le cose cambiano quando la stessa persone entra in piscina in quanto il peso del volume di fluido spostato pesa 100 kg. (la densità dell'acqua è 1 Kg/l) se la persona non fa movimenti per sostenersi sarà tutta coperta d'acqua ma senza cadere sul fondo in quanto la forza di gravità (il suo peso) eguaglia la spinta di Archimede (100 litri d'acqua pesano 100 kg.) raggiungendo così un assetto neutro.

 Per modificare il suo assetto e portarlo da un assetto neutro ad un assetto positivo, basterebbe modificare il volume del liquido spostato infilandosi una ciambella per esempio o semplicemente riempiendo i propri polmoni di aria, ecco che dal principio di Archimede si evince che con l'aumentare del volume di liquido spostato aumenta la spinta e pertanto l'assetto passa ad un assetto idrostatico positivo.

 Parallelamente, se la stessa persona diminuisse il proprio volume immerso, espirando profondamente oppure semplicemente alzando un braccio fuori dall'acqua, la spinta di Archimede sarebbe inferiore al peso del corpo (spinta di gravità) e quindi affonderebbe creando un assetto idrostatico negativo.

 Se supponiamo ora di portare la stessa persona in mare galleggerebbe in quanto la densità del mare è di 1.03 e pertanto la spinta equivarrebbe a 103 Kg. contro i 100 Kg. della spinta di gravità. Ecco perchè si sostiene che l'acqua di mare tiene più a galla dell'acqua della piscina.
Con questo viene spiegato il perchè la zavorra che un subacqueo deve utilizzare per una immersione in mare sarà diminuita in caso di immersione in lago. La diminuzione della zavorra corrisponderà ad un 3% tra il mare ed il lago a parità di attrezzatura indossata.
Da questo principio e dagli esempi sopra riportati si evince che ogni variazione della spinta di gravità influenzerà il nostro assetto.

Durante un'immersione con autorespiratore la spinta di gravità subirà delle variazioni a causa dello svuotarsi della nostra bombola. La differenza tra l'inizio e la fine dell'immersione è di circa 3.5 Kg. Una bombola piena affonda mentre una bombola vuota galleggia. La pesata va sempre verificata alla fine dell'immersione, con la bombola praticamente scarica. La zavorra che ci portiamo appresso ci deve garantire la tappa di sicurezza anche a bombola vuota, senza dover aggrapparsi a qualche cosa o addirittura rischiare di fare una sosta a yo-yo che provocherebbe solo danni e nessun beneficio.

Per modificare il proprio assetto si può intervenire:

• aumentando la zavorra, in modo da aumentare anche il proprio peso specifico e ottenere una tendenza all'affondamento, oppure riducendola per ottenere l'effetto opposto;
• inspirando o espirando, variando quindi il proprio volume polmonare e alterando il volume dell'acqua spostata; un'espansione di 3 litridel volume polmonare corrisponde ad una spinta verso l'alto di circa 3 kg, cioè il peso di 3 litri dell'acqua in cui il subacqueo è immerso.
• gonfiando o sgonfiando il GAV(giubbotto ad assetto variabile); in particolare quest'ultimo è il metodo utilizzato per ricercare un assetto neutro, che consente di mantenere la profondità desiderata (con minime variazioni dovute alla respirazione) o leggermente negativo (in modo da effettuare un'immersione lenta e controllata.

Nozioni di Fisica

Principio di Archimede

NOZIONI DI BASE DI FISICA

Per immergersi in sicurezza è necessario conoscere alcune nozioni di fisica elementare .

La materia può presentarsi in tre stati di aggregazione :

1. SOLIDO : quando ha volume e forma ben definita , cioè incomprimibile .
2. LIQUIDO:quando ha volume proprio e forma che dipende dal contenitore è incomprimibile .
3. GAS:quando ha volume e forma che dipendono dal contenitore è pertanto comprimibile .

 

 Cambiando alcuni parametri fisici un corpo può cambiare il suo stato e passare dallo stato gassoso a quello liquido o viceversa. 

I parametri hanno delle unità di misura che servono al fisico per quantificare e descrivere numericamente i vari comportamenti .

Grandezze di base sono : Massa (kg) Lunghezza (mt.) e tempo (sec.)

La descrizione del comportamento della materia si basa su misure che riguardano :

• Volume : è lo spazio occupato da una quantità di materia ed è espresso in litri (Lt).

•  Peso : è la forza con cui la materia è attirata al centro della terra.L'Accelerazione è circa costante a livello del mare è possiamo praticamente esprimere la misura in Kilogrammi (kg).

• Temperatura :è misurata in gradi centigradi (°C).                                          Per applicare le leggi fisiche è necessario che esprimiamo la temperatura in gradi Kelvin (k) . Zero°C = +273 K .
• Pressione :È il rapporto tra una forza è una superficie sulla quale tale forza si esercita e si esprime in atmosfere (atm) o bar .

1 Atm. = 1.033 KG/Cm2 = 1013 millibar = 1.013 bar = 760 millimetri di Mercurio (mmHg).

PRINCIPIO DI TORRICELLI

La terra è circondata da uno strato gassoso chiamato Atmosfera .

Tutti i gas hanno un peso , lo strato d'aria sulla superficie esercita una pressione detta Pressione Barometrica o atmosferica  .

La pressione sul livelli del mare è di 1 atmosfera , cioè il peso della colonna d'aria che ci sovrasta pesa 1 kg per ogni cm2 di superficie su cui agisce.

Tale evidenza deriva dall'esperimento di Torricelli, che riempì una provetta di vetro con del mercurio .La provetta era un metro di lunghezza con una sezione di un 1 cm2 .  Tenendo l'estremità inferiore otturata con un dito la introdusse in un recipiente con mercurio, il mercurio nella provetta scese ad arrestarsi fino a 760 mm .sopra il livello del mercurio contenuto nel recipiente.
Poichè una  colona di mercurio è alta 760 mm e della sezione d 1 cm2 pesa 1 kg è stato cosi dimostrato che il peso della colonna d'aria che ci sovrasta sulla superficie del mare è di 1 kg/cm2.
Poichè l'acqua è un elemento incomprimibile ,l'aumento della pressione sarà costante di 1 bar ogni 10 metri ,cioè di 1 kg per cm2 ogni 10 metri .
Salendo di quota la pressione atmosferica diventa una parte di quella singola atmosfera iniziale ; sarà minore e andrà a diminuire man mano si sale di   quota.
Pertanto un corpo immerso in acqua sarà sottoposto ad una pressione , detta Assoluta (ATA) , pari a quella della acqua(1 atmosfera ogni 10 metri ) più la pressione dell'aria (costantemente pari a 1 atmosfera se a livello del mare ).
A10 metri un sub è sottoposto ad una pressione pari a 2 atmosfere assolute ;a 20 metri 3 ATA , a 30 metri 4 ATA e cosi via.

            

DENSITÀ

È il rapporto tra il peso è il volume della materia e la esprimeremo in Kg/l.

• 1 litro di acqua pesa un Kg. pertanto la densità dell'acqua è di 1 Kg/l.
• 1 litro d'acqua di mare pesa circa 1,03 Kg. Il peso è maggiore rispetto all'acqua dolce in quanto l'acqua di mare contiene circa un 3% di sali disciolti
• 1 litro d'olio pesa circa 0,80 Kg. quindi la sua densità è si 0,8 Kg/l.
• 1 litro d'aria pesa circa 0,0013 kg., quindo la densità dell'aria è di 0,001 Kg/l. oppure 1,3 Kg/m3.

COMPOSIZIONE DELL'ARIA

L'aria che respiriamo normalmente e che viene pressurizzata nelle bombole contiene ossigeno O2 per il 21% ed il resto è quasi tutto azoto (N2) che possiamo considerare al 79%. A scopo informativo riportiamo la composizione esatta dell'aria secca, cioè quella presente nelle bombole:

                                                                   

Componenti	% in volume	% in peso
Azoto (N2)	78,084	75,52
Ossigeno (O2)	20,946	23,14
Anidride Carbonica (CO2)	0,033	0,048
Argon (Ar)	0,0934	1,288
Neon (Ne)	0,001818	0,00127
Elio (He)	0,000524	0,000073
Krypton (Kr)	0,000114	0,000030
Xenon (Xe)	0,0000087	0,000039
Idrogeno (H2)	0,00005
Metano (CH4)	0,0002

L'ossigeno serve per mantenerci in vita, e viene consumato nei processi fisiologici. L'azoto invece non partecipa ai processi fisiologici e per questo viene definito "inerte".

 Altre nozioni di FISICA

La nostra vita si svolge in aria, che ha un densità di circa 800 volte inferiore a quella dell'acqua. Tale diversità è alla base di molte differenze che noteremo in immersione rispetto al nostro normale vivere in aria.
In particolare è utile illustrare le differenze relative a LUCE, SUONO e CALORE.

• LUCE: E una forma di energia e nell'acqua viene assorbita con più intensità che nell'aria, per cui scendendo la luminosità diminuisce rapidamente. Essendo la luce bianca composta da vari colori con energia diversa, scendendo vedremo attenuarsi e sparire prima i colori con minore energia. Pertanto durante un'immersione accadrà che il colore rosso è il primo sparire, il blu l'ultimo. In profondità quindi appare tutto azzurrino e per apprezzare i colori di quello che vediamo conviene portarsi una torcia a luce bianca, che restituirà al mondo subacqueo i suoi veri colori. Attenzione inoltre che la maschera, a causa dell'effetto lente, fa apparire le cose che osserviamo 1/3 più grandi di quello che sono in raltà.

• CALORE: E' l'energia termica contenuta in un corpo e si misura in calorie (cal), kilocalorie (Kcal, cioè 1000 calorie) oppure in BTU (britich termal unit, 1 BTU = 252 calorie). Il subacqueo perde calore per conduzione e, solo con le bombole, per evaporazione. Si perde calore per conduzione a cause del contatto diretto del nostro corpo con l'acqua. Se stiamo immersi in acqua ad una temperatura di 22 °C dopo un pò avvertiremo dei brividi di freddo, cosa invece che non accade se fossimo alla stessa temperatura in aria, in quanto l'acqua sottrae calorie al corpo con una velocità 25 volte maggiore rispetto all'aria. La perdita di calore per evaporazione è associata al cambiamento di stato da acqua liquida a vapore acqueo, processo che richiede una notevole quantità di energia. Per dimostrare e capire il processo di raffreddamento per evaporazione basta bagnare il dorso della nostra mano con dell'alcool, dopo pochi istanti quest'ultimo sarà completamente evaporato e noi avvertiremo una sensazione di freddo sulla zona interessata dall'alcool. Questo accade proprio perchè l'alcool per evaporare a sottratto energia alla pelle.

• SUONO: E' una vibrazione che si propaga a velocità maggiore in mezzi ad elevata densità. Nel vuoto il suono non si trasmette, nell'acqua invece si trasmette 4 volte più che nell'aria. La velocità del suono aumento all'aumentare della salinità, della temperatura e della pressione: questo comporta che la propagazione del suono avvenga con una traiettoria irregolare, con deviazioni verso le zone più fredde e a minor contenuto salino. Questa velocità di trasmissione in acqua è il motivo per cui non riusciamo a capire da dove arriva il suono durante un'immersione. Infatti mentre in aria il nostro cervello misura la differenza di tempo di arrivo della vibrazione fra un orecchio e l'altro, sott'acqua tale differenza diminuisce di 4 volte. E' brutto, soprattutto in apnea, sentire sott'acqua il rumore di un motore e non sapere da che parte arriva. Per fortuna, quando si sale, si vede che la barca è molto più lontano di quanto pensassimo.