19 Aprile 2022
I CAMBIAMENTI E GLI ADATTAMENTI CHE SUBISCE IL NOSTRO CORPO IN IMMERSIONE SI POSSONO BEN COMPRENDERE ED AFFRONTARE SE SI TENGONO PRESENTI ALCUNE LEGGI FONDAMENTALI DELLA FISICA.
OGNI APNEISTA , INDIPENDENTEMENTE DALLE MOTIVAZIONI CULTURALI , DOVREBBE POSSEDERE TALI NOZIONI PER CONOSCERE SE STESSO ED IMMERGERSI NELLA MASSIMA SICUREZZA.
GRANDEZZE FISICHE
FORZA : IN ASSENZA DI SOLLECITAZIONI ESTERNE QUALSIASI CORPO RIMANE NEL SUO STATO DI QUIETE O DI MOTO LINEARE UNIFORME ( principio di inerzia ).
LE SOLLECITAZIONI IN GRADO DI MUTARE LO STATO DI QUIETE O DI MOTO SONO
DETTE FORZE .
IN NOTAZIONE MATEMATICA
F = m x a
DOVE f E’
COME SI VEDE FORZA ED ACCELLERAZIONE SONO GRANDEZZE DIRETTAMENTE PROPORZIONALI CON
NEL SISTEMA INTERNAZIONALE LE FORZE SI MISURANO IN NEWTON ( N ) E LE
MASSE IN CHILOGRAMMI ( Kg ). FREQUENTEMENTE LE FORZE SI ESPRIMONO
ANCHE IN CHILOGRAMMI-FORZA ( Kgf ).
PESO: IL PESO DI UN CORPO E’
Nota : E’ STATO SCRITTO PRIMA CHE
IN REALTA’ IL CORPO HA ( ovviamente ) PESO, MA RIMANE FERMO PERCHE’ IL TAVOLO ESERCITA UNA FORZA UGUALE AL PESO MA DIRETTA IN SENSO OPPOSTO ( forza di
reazione ) .
LE DUE ACCELLERAZIONI QUINDI SI ANNULLANO. SI INCONTRERA’ UN FENOMENO
ANALOGO TRATTANDO IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE .
PESO SPECIFICO:IL PESO SPECIFICO DI UNA SOSTANZA E’ IL PESO DI UN VOLUME UNITARIO DELLA SOSTANZA STESSA; AD ESEMPIO IL PESO DI UN cm3 O DI UN litro DI SOSTANZA . L’UNITA’ DI MISURA PIU’ USATA PER IL PESO SPECIFICO E’ IL GRAMMO PER CENTIMETRO CUBO ( g / cm3 ) . PER TROVARE IL PESO SPECIFICO DI UN CORPO BASTA DIVIDERNE IL PESO TOTALE PER IL SUO VOLUME.
IN FORMATO MATEMATICO :
Peso
PS = ———
Volume
QUINDI PER TROVARE IL PESO DI UN CORPO BASTA MOLTIPLICARNE IL VOLUME PER IL PESO SPECIFICO
Peso = PS x Volume
IL PESO SPECIFICO DELL’ACQUA DISTILLATA E’ 1g / cm 3; QUELLO DELL’ACQUA DI MARE E’ LEGGERMENTE SUPERIORE :
PRESSIONE :
NEL SISTEMA INTERNAZIONALE L’UNITA’ DI MISURA DELLA FORZA E’ IL PASCAL ( N / m2 ) . QUESTA UNITA’ DI MISURA E’ PERO’ PARTICOLARMENTE SCOMODA E SOLITAMENTE SI PREFERISCE USARE L’ATMOSFERA ( atm ), IL CHILOGRAMMO PER CENTIMETRO QUADRATO ( Kgf / cm 2) ED IL BAR , CHE SONO PRESSOCHE’ IDENTICI TRA LORO.
UN’ALTRA UNITA’ LARGAMENTE USATA E’ IL MILLIMETRO DI MERCURIO ( mmHg o Torr ). UN’ATMOSFERA E’ UGUALE A 760 mmHg o Torr.
VOLUME : E’
L’ATMOSFERA ,
L’ATMOSFERA E’ UN MISCUGLIO DI GAS , CHIAMATO ARIA , AVENTE
– AZOTO CIRCA 78 %
– OSSIGENO CIRCA 21 %
– ANIDRIDE CARBONICA CIRCA 0.03 %
– ALTRI GAS > 1 %(neon,xenon,argon ecc…)
QUESTA MISCELA , TRATTENUTA DALLA FORZA DI GRAVITA’ , CIRCONDA
L’ATMOSFERA ESERCITA SULLA TERRA UNA PRESSIONE MEDIA DI 1 Kg/cm2 ( o 760 mm di mercurio ) CHE CHIAMEREMO PRESSIONE ATMOFERICA
ESSA PUO’ VARIARE LEGGERMENTE IN FUNZIONE DELLE CONDIZIONI METEOROLOGICHE E DELL’ALTEZZA; IN MONTAGNA E’ INFERIORE CHE A LIVELLO DEL MARE A CAUSA DEL MINOR SPESSORE DELLO STRATO D’ARIA , IL GRADENTE PRESSORIO VERTICALE SI DIMEZZA A 5000M!
L’ESPERIMENTO DI TORRICELLI
IL PROBLEMA DELLA DETERMINAZIONE DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA E’ STATO AFFRONTATO E RISOLTO SPERIMENTALMENTE DA UN FISICO ITALIANO, SCIENZIATO E COLLABORATORE DI GALILEO , NEL 1643.
NEL SUO CELEBRE ESPERIMENTO TORRICELLI RIEMPI’ UNA COLONNA DI VETRO , CHIUSA AD UN’ESTREMITA’, CON DEL MERCURIO,QUINDI IMMERSE
TORRICELLI OSSERVO’ CHE IL LIVELLO DEL LIQUIDO NELLA COLONNA SCENDEVA FINO AD UNA ALTEZZA DI
CIO’ SIGNIFICAVA CHE
ALTA
SFERA SULLA SUPERFICIE LIBERA DEL MERCURIO NELLA BACINELLA.
LO STRUMENTO IDEATO DA TORRICELLI E’ STATO IL PRIMO MANOMETRO DELLA STORIA ( in particolare il primo barometro),E LA CONSUETUDINE DI MISURARE
QUESTO ESPERIMENTO DIMOSTRA QUINDI CHE
POICHE’ UNA COLONNA DI MERCURIO DI
CONSIDERANDO CHE IL PESO DEL MERCURIO E’ 13,6 VOLTE MAGGIORE DI QUELLO DELL’ACQUA , UNA COLONNA D’ACQUA , PER ESERCITARE
QUINDI : 1 atm =
IN ACQUA PERTANTO
-10 “ = 2 ATA ( atmosfera assoluta) 1 atm +1 atmosfera idrostatica
-20 “ = 3 ATA ( “ ) 1 atm +2 atmosfere idrost.
-30 “ = 4 ATA ( “ ) 1atm +3 atmosfere idrost.
QUANDO IL SUBACQUEO SCENDE IN PROFONDITA’ , SU OGNI PUNTO DEL SUO CORPO VIENE A GRAVARE
L’AUMENTO DELLA PRESSIONE IDROSTATICA NON HA EFFETTI NEGATIVI SULL’ORGANISMO PURCHE’ L’ARIA ABBIA LIBERO ACCESSO A TUTTE LE CAVITA’ DEL CORPO.
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
TUTTA
LE FORZE DI ATTRAZIONE ( E REPULSIONE ) DELLE MOLECOLE POSSONO ESSERE MOLTO DIVERSE A SECONDA DELLA LORO NATURA .
DALL’ENTITA’DI QUESTE FORZE DIPENDE LO STATO DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA STESSA. DEI VARI STATI DI AGGREGAZIONE POSSIBILE , QUELLI IMPORTANTI SONO TRE :SOLIDO , LIQUIDO E GASSOSO.
SOLIDO : IL SOLIDO E’ UNO STATO DI AGGREGAZIONE IN CUI
MA E VOLUME DEFINITI. I SOLIDI SONO QUINDI INCOMPRIMIBILI ED INDE-
FORMABILI.
LIQUIDO : IL LIQUIDO E’ UNO STATO DI AGGREGAZIONE IN CUI
LUME DEFINITO ( INCOMPRIMIBILE ) MA ASSUME
NITORE.
GAS : IL GAS E’ UNO STATO DI AGGREGAZIONE IN CUI
LUME E FORMA PROPRIE MA ASSUME QUELLE DEL CONTENITORE .
QUESTI MODELLI SI APPLICANO SIA A SOSTANZE PURE , AD ESEMPIO OSSIGENO OD ACQUA PURI , SIA A MISCELE DI COMPONENTI QUALI L’ARIA E L’ACQUA DI MARE.
Alcune importanti proprieta’ dei gas
PRINCIPIO DI PASCAL E
CON ESSA E LE SUE VARIAZIONI IL SUBACQUEO IN IMMERSIONE DOVRA’ SEMPRE FARE I CONTI.
IL PRINCIPIO DI PASCAL AFFERMA CHE
COMPRESSO SI DISTRIBUISCE IN MODO UNIFORME SU TUTTA
SE UN CORPO E’ INSERITO ALL’INTERNO DI UN CONTENITORE , ANCHE SULLA SUA
SUPERFICIE IL FLUIDO ESERCITERA’
QUESTO E’ AD ESEMPIO IL CASO DI UN SUBACQUEO IN IMMERSIONE .
ANCHE IN QUESTO CASO E’ SUFFICIENTE MISURARE
UN’ALTRA CONSEGUENZA IMPORTANTE DEL PRINCIPIO DI PASCAL E’ CHE SE DUE
CONTENITORI PIENI DI GAS A DIVERSA PRESSIONE VENGONO MESSI IN COMUNICAZIONE, IL GAS FLUIRA’ DALL’UNO ALL’ALTRO FINO AD EQUILIBRARE
I DUE CONTENITORI , DOPO ESSERE STATI COLLEGATI , DIVENGONO INFATTI UN UNICO CONTENITORE , E PER SODDISFARE IL PRINCIPIO DI PASCAL
UN CASO PARTICOLARE DI QUESTO FENOMENO E’ DATO DAI POLMONI. ESSI DEVONO ESSERE INFATTI VISTI COME DEI CONTENITORI MESSI IN COMUNICAZIONE CON L’ESTERNO.
DA QUANTO DETTO SOPRA RISULTA CHE
DURANTE UN ’IMMERSIONE
IN APNEA I GAS SI RIDUCONO DI VOLUME EQUILIBRANDO
PER DEFINIZIONE SI HA :
A) DEPRESSIONE : QUANDO
MINORE DELLA PRESSIONE ESTERNA
B) EQUIPRESSIONE : QUANDO
ESTERNA.
LEGGE DI BOYLE :AFFERMA CHE A TEMPERATURA COSTANTE
ESERCITATA DA UN GAS ALL’INTERNO DI UN CONTENITORE E’ INVERSAMENTE PROPORZIONALE AL VOLUME DEL CONTENITORE STESSO . OVVIAMENTE E’ VERO ANCHE L’OPPOSTO , CIOE’ CHE A TEMPERATURA COSTANTE IL VOLUME DI UN GAS E’INVERSAMENTE PROPORZIONALE ALLA PRESSIONE CUI E’ SOTTOPOSTO.
QUESTO E’ UN FENOMENO IMPORTANTISSIMO PER IL SUBACQUEO , LE CUI
TROVANDOSI A LIVELLO DEL MARE, AD UNA PRESSIONE ATMOSFERICA DI 760 mmHg , PARI AD 1 atm , IMMETTENDO
CONSIDERANDO
LEGGE DI DALTON : FONDAMENTALE PER
CHE SI VERIFICANO NELL’ORGANISMO DI UN APNEISTA DURANTE UN’IMMERSIONE SOPRATTUTTO AD ELEVATA PROFONDITA’.
E’ IMPORTANTE CONOSCERE QUESTI FENOMENI PERCHE’
( 0.4 atm PARI A CIRCA 304 mmHG ) , L’AZOTO INVECE AVRA’ INVECE UNA Pp PARI A CIRCA L’80 % DEL TOTALE ( 1. 6 ATM / 1. 216 mmHg ) SECONDO
80
Pn2 = 2 x ————- = 1.6 atm = 1.216 mmHg
100
20
Po2 = 2 x ————- = 0.4 atm = 304 mmHg
100
L’OSSIGENO E’ PRESENTE NELL’ARIA IN UNA PERCENTUALE CIRCA DEL 20% E PUO’ ESSERE RESPIRATO ED ASSIMILATO DAL NOSTRO ORGANISMO , A LIVELLO POLMONARE , CON UNA PRESSIONE PARZIALE MINIMA DI 100 millibar (75 mmHg ).
CIO’ SIGNIFICA CHE SE L’ARIA RESPIRATA AVESSE
PARI A 200 millibar = 152 mmHg ) SI POTREBBE ESTRARRE META’ DELL’OSSIGENO IN ESSA CONTENUTO E SE NE POTREBBE ESTRARRE UNA PERCENTUALE ANCORA MAGGIORE SE L’ARIA FOSSE FORNITA A PRESSIONI SUPERIORI.
SAPENDO CHE IL SANGUE E’ IN GRADO DI FISSARE OSSIGENO FINO ALLA PRESSIONE LIMITE DI 60 mmHg , IN PROFONDITA’ , DOVE
QUESTO FENOMENO,APPARENTEMENTE FAVOREVOLE ALL’APNEISTA, IN REALTA’ LO
CONSIDERIAMO UN SUBACQUEO CON UNA CAPACITA’ POLMONARE DI
SE L’IMMERSIONE E’ PROTRATTA IL SUBACQUEO , PER L’IMPEGNO PSICO-FISICO , CONSUMA OSSIGENO
IL SUBACQUEO ANCORA IN PIENO BENESSERE DECIDE DI RISALIRE. DURANTE
A QUESTO PUNTO SI VERIFICA UNA BRUSCA CADUTA DELLA Pp DELL’OSSIGENO NEL MISCUGLIO GASSOSO .
A –10 METRI
SOTTOSTANNO A QUESTA LEGGE , NATURALMENTE , ANCHE L’AZOTO E L’ANIDRIDE
CARBONICA IL CUI COMPORTAMENTO E’ CONDIZIONATO DALLE RISPETTIVE Pp.
LEGGE DI HENRY: AFFERMA CHE A TEMPERATURA COSTANTE
DI UN GAS CHE SI SCIOGLIE IN UN LIQUIDO E’ PROPORZIONALE ALLA Pp CHE IL GAS ESERCITA SUL LIQUIDO STESSO.
LEGGE CHE REGOLA IL PASSAGGIO DEI GAS RESPIRATORI DALL’ARIA ALVEOLARE
( Stato gassoso ) AL SANGUE ( Stato di soluzione ) E VICEVERSA;
ESSA AIUTA A COMPRENDERE IL COMPORTAMENTO DEI GAS DURANTE
Legge di Henry : le molecole di gas tendono ad andare in maggior numero verso le zone
in cui sono presenti alla concentrazione minore finche’ non raggiungono l’equilibrio.
I TESSUTI DEL NOSTRO CORPO SONO COMPOSTI IN GRAN PARTE DA LIQUIDI.
L’OSSIGENO , PRESENTE NELL’ARIA INSPIRATA A LIVELLO DEGLI ALVEOLI POLMONARI, SI SCIOGLIE NEL SANGUE VENOSO , DOVE SI TROVA A Pp PIU’ BASSA CHE
L’ANIDRIDE CARBONICA SI COMPORTA IN MODO CONTRARIO PASSANDO DAI TESSUTI , DOVE VIENE PRODOTTA , AL SANGUE E DA QUESTI , ATTRAVERSO
IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE : UN CORPO IMMERSO IN UN FLUIDO IN QUIETE RICEVE UNA SPINTA VERTICALE VERSO L’ALTO UGUALE AL PESO DEL FLUIDO SPO – STATO.
UNA CONSEGUENZA DI QUESTO PRINCIPIO E’ CHE I CORPI CON PESO SPECIFICO SUPERIORE A QUELLO DELL’ACQUA AFFONDANO , QUELLI CON PESO SPECIFICO INFERIORE A QUELLO DELL’ACQUA GALLEGGIANO E QUELLI CON PESO SPECIFICO ESATTAMENTE UGUALE ALL’ACQUA RIMANGONO IN EQUILIBRIO NEUTRO.
QUESTO EFFETTO FONDAMENTALE SPIEGA PERCHE’ UN SUBACQUEO CHE SI TUFFI IN ACQUA , SENZA ALCUNA ZAVORRA , NON PRECIPITA DISASTROSAMENTE VERSO IL FONDO, MA PUO’ GALLEGGIARE E REGOLARE
IL SUB INFATTI , GRAZIE AL FENOMENO DESCRITTO DAL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE , RICEVE DAL BASSO VERSO L’ALTO UNA SPINTA PARI AL PESO DI UNA QUANTITA’ DI ACQUA UGUALE AL SUO VO- LUME.
SE IL PESO SPECIFICO (MEDIO) DEL SUBACQUEO E’ ESATTAMENTE UGUALE A QUELLO DELL’ACQUA, ALLORA
L’ACQUA DOLCE HA UN PESO SPECIFICO UGUALE A : 1. 000 , L’ACQUA DI MARE
A : 1. 026 .
PER QUESTO IN MARE SI GODE DI UNA MIGLIORE GALLEGGIABILITA’.
IL CORPO UMANO E’ COMPOSTO DA TESSUTI DI PESO SPECIFICO MAGGIORE DEL’ L’ACQUA, MA DAL MOMENTO CHE CONTIENE STRUTTURE PIENE DI GAS ( POLMONI, INTESTINO ) CONSIDERANDONE IL VOLUME COMPLESSIVO , HA UN PESO SPECIFICO MEDIO LEGGERMENTE INFERIORE A QUELLO DELL’ACQUA E QUINDI IN INSPIRAZIONE, A POLMONI PIENI D’ARIA, GALLEGGIA ED IN ESPIRAZIONE , A POLMONI VUOTI, AFFONDA.
IL VOLUME DELL’ARIA CONTENUTA NELL’APPARATO RESPIRATORIO DI UN APNEISTA IN DISCESA , SECONDO
PER IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE AD UNA DIMINUZIONE DEL VOLUME DELL’ACQUA SPOSTATA FA SEGUITO UNA MINORE SPINTA DAL BASSO VERSO L’ALTO E QUINDI UNA MINORE GALLEGGIABILITA’.
L’APNEISTA IN IMMERSIONE , SOPRATTUTTO PROFONDA , DOVRA’ TENERE CONTO DI QUESTI FENOMENI E CONSIDERARE LE VARIAZIONI DI VOLUME DELLA MUTA DI NEOPRENE E GLI EFFETTI DI UNA ZAVORRA SOVRACCARICATA .
ABBIAMO GIA’ VISTO ALCUNI DI QUESTI ESEMPI: L’ATMOSFERA E
IN MODO DEL TUTTO ANALOGO ANCHE L’ACQUA ESERCITA UNA PRESSIONE IN VIRTU’ DEL SUO PESO. IN PARTICOLARE UNA COLONNA DI ACQUA ALTA 10 mt ESERCITA SULLA SUA BASE UNA PRESSIONE DI CIRCA 1 atm. COSI’ COME ABBIAMO DEFINITO PRESSIONE ATMOSFERICA QUELLA DOVUTA ALL’ATMOSFERA, DEFINIREMO PRESSIONE IDROSTATICA QUELLA DOVUTA ALL’ACQUA.
DA CIO’ RISULTA CHIARO CHE UN SUBACQUEO IN IMMERSIONE E’ SOGGETTO A PRESSIONI SEMPRE MAGGIORI MAN MANO CHE SCENDE IN PROFONDITA’.
COME ACCENNATO NELLA SEZIONE SUGLI STATI DI AGGREGAZIONE , I LIQUIDI , AL CONTRARIO DEI GAS , SONO INCOMPRIMIBILI. LE PARTI DEL CORPO UMANO COSTITUITE DA LIQUIDI , CHE SONO DI GRAN LUNGA
IL DISCORSO E’ DIVERSO PER LE CAVITA’ PIENE DI GAS , CHE TENDEREBBERO NATURALMENTE AD ESSERE COMPRESSE. L’UNICO MODO PER EVITARE DANNI FISICI E’ EGUAGLIARE
GRAZIE A QUESTA COMPRESSIONE ( E ANCHE AD ALTRI MECCANISMI CHE VERRANNO SPIEGATI NELLE SCHEDE DI FISIOLOGIA DELL’IMMERSIONE ),
PER ALTRE CAVITA’ ( ORECCHIO MEDIO )
NEI CASI IN CUI