PRINCÍPIOS DA FÍSICA APLICADOS AO MERGULHO

PRINCÍPIOS DA FÍSICA APLICADOS AO MERGULHO

Introdução:

        As condições normais de sobrevivência das pessoas são obtidas quando nos encontramos dentro da nossa camada atmosférica, fora do envolvimento desta camada temos um ambiente hostil, e nossa existência depende da habilidade em contractuar com estas forças.

        Para se mergulhar de forma segura é necessário entender as características do ambiente subaquático e as técnicas que devemos usar para modificar esses efeitos. Para isso é necessário ter um conhecimento básico em física: “ciência da matéria, energia e suas interações”

        De particular importância para os mergulhadores são os princípios que explicam a pressão, densidade, o comportamento dos gases, a flutuabilidade, e as propriedades do calor, luz, e som no ambiente subaquático.

        O estudante deverá familiarizar-se com as equações, tabelas e seu uso nos cálculos para o mergulho.

Pressão

Pressão Atmosférica: Ao fazermos uma seção de 1 cm2 na atmosfera e isolarmos, veríamos que esta pesaria 1,033Kg, ou seja, esta seção exerceria uma pressão de 1,033Kg em 1 cm2. Notar que 1,033Kg de peso representa massa, e 1,033Kg/cm2 representa pressão ou força por unidade de área (figura 1). Ao nível do mar, a pressão atmosférica é considerada constante e igual a 1,033Kg/cm2.

A pressão que incide nos pulmões de uma pessoa é a mesma pressão existente ao redor desta pessoa.

Pressão Hidrostática: A pressão exercida por um peso de água é chamada de pressão hidrostática. O peso da água é acumulativo, quanto mais fundo o mergulhador for, maior a quantidade de água que existe sobre ele e maior o peso atuando sobre o mergulhador.

Repetindo a experiência anterior na água do mar, veremos que 1 cm2 pesa 1Kg a cada 10 metros de coluna d’água. Assim a 10 metros de profundidade, na água do mar, a pressão hidrostática é igual à pressão atmosférica. Na água doce esta profundidade é de 10.4 metros. Então para 10 metros adicionais de profundidade a pressão hidrostática, no mar, aumenta em uma atmosfera(Figura 1).

Pressão Absoluta: A soma das pressões atmosférica e hidrostática é chamada de pressão absoluta. Ela pode ser expressa como atmosferas absolutas (ATA).

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Densidade

A densidade pode ser definida como peso por unidade de volume, expressa matematicamente como Densidade= Peso/Volume, tendo como unidade g/cm3 .

A densidade de um gás tem relação com a pressão absoluta(Tabela 1). Com o aumento da profundidade a densidade do gás respirado aumenta, tornando-se mais pesado por unidade de volume. A alta densidade do gás requer um esforço maior para respirar e limita a possibilidade do mergulhador realizar uma ventilação adequada dos pulmões, principalmente em situações de exercícios extenuantes.

Tabela 1- Variação da densidade do gás com a profundidade

Profundidade	Pressão	Volume do  Gás	Densidade do Gás
0 metros	1.033 Kg/cm2	1 atm	1 m3	1x
10 metros	2.066 Kg/cm2	2 atm	1/2 m3	2x
20 metros	3.099 Kg/cm2	3 atm	1/3 m3	3x
30 metros	4.132 Kg/cm2	4 atm	1/4 m3	4x
40 metros	5.165 Kg/cm2	5 atm	1/5 m3	5x
50 metros	6.198 Kg/cm2	6 atm	1/6 m3	6x
90 metros	10.33 Kg/cm2	10 atm	1/10 m3	10x

Temperatura

O calor é associado com o movimento das moléculas, quanto mais rápido as moléculas se movem mais alta é a temperatura. A temperatura é usualmente medida numa escala Celsius ou Centígrados (C), ou na escala Fahrenheit (°F).

Considerar a temperatura da água é muito importante em todas as operações de mergulho.

O corpo humano funciona de forma mais eficiente quando as temperaturas internas variam dentro de uma estreita faixa. Começa a ficar com frio quando a temperatura da água fica abaixo de 23,9ºC e começa a super aquecer quando a temperatura do corpo ultrapassa os 37ºC. Abaixo desta temperatura, o corpo começa a perder calor mais rápido do que pode se recuperar. A pessoa que se esfriou não pode trabalhar eficientemente ou pensar de forma clara, e pode estar mais sucessível para doença descompressiva.

O calor específico do ar é de 0,25 cal/g, enquanto que o da água é de 1,0 cal/g, e sendo um volume de água 900 vezes mais pesado que um mesmo volume de ar pode-se concluir que  a água absorve 3.600 (900×4) mais calor para fazer uma troca de temperatura em comparação com o ar.

A perda de calor ocorre por convecção, irradiação e principalmente por condução e evaporação(respiração).

Flutuabilidade

Princípio de Arquimedes

“Todo corpo mergulhado num líquido, recebe do líquido um empuxo de baixo para cima igual ao peso do liquido deslocado”.

Este princípio explica porque um navio de aço flutua, mas a ancora dele afunda.

Se o peso da água deslocada é maior que o peso do corpo submergido, a flutuabilidade é positiva e o objeto flutua. Se o peso da água deslocada é menor que o peso do objeto, então a flutuabilidade é negativa e o objeto afunda. Quando o peso do objeto é igual ao peso do liquido deslocado a flutuabilidade é neutra e o objeto fica suspenso na água.

A flutuabilidade depende da densidade do liquido que envolve o corpo. A densidade da água do mar é de 1,025 Kg/l e quanto mais densa a água maior a força de flutuabilidade. Assim é mais fácil flutuar em água salgada do que em água doce.