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26/02/2008 - 12:17 - Bajo el Agua

Física en el buceo, la ley de Boyle

Física en el buceo, la ley de Boyle

La física tiene una importancia vital en el ejercicio de la práctica del buceo. En los diferentes cursos de buceo que vayamos realizando en nuestra vida iremos entrando cada vez con mayor profundidad en sus leyes y en cómo afectan al buceador.

Conozcamos una de las leyes que debe tener en cuenta cualquier buceador titulado, la Ley de Boyle:

Robert Boyle, científico irlandés, partiendo de los estudios de Torricelli, que establecíala presión ejercida por la atmósfera, realizó distintos estudios de qué pasa con el aire al cambiar la presión.


El experimento de Boyle, consistió en introducir en un tubo de vidrio en forma de "U", cerrado en uno de sus extremos, y abierto en el otro la cantidad suficiente de mercurio, para igualar el espacio que queda sin mercurio en el extremo cerrado, con el del extremo abierto.

Debido a que el mercurio estaba igualado en ambos lados del tubo, la presión en ambos lados debía ser la misma.

Por lo tanto, en este espacio se refleja la presión atmosférica (1 bar o 14,7 psi).

Boyle, para reducir a la mitad el espacio de aire comprimido por el mercurio en el extremo cerrado, comenzó a añadir mercurio.

Descubrió que para reducir el espacio de aire a la mitad debía añadir 76 cm más de mercurio. Como Torricelli ya estableció que para igualar la presión atmosférica se necesitaban 76 cm de mercurio, esto significaba que:

Para reducir el volumen a la mitad se necesita el doble de presión atmosférica. Con lo que dedujo su ley:

"Si la temperatura permanece constante, el volumen de un gas es invérsmente proporcional a la presión absoluta" lo que viene a significar que al aumentar la presión el volumen debe reducirse en la misma proporción.

Esta ley tiene una aplicación clara en el buceo, al calcular la presión de los gases a profundidad.

A 1 atmósfera, o 1 bar el volumen es 1, a 2 atmósferas o 2 bares (10 metros de profundidad), el volumen es la mitad, a 3 bares (20 metros de profundidad), es 1/3, a 4 bares (30 metros de profundidad), 1/4 etc.

Este razonamiento nos sirve para calcular el nuevo volumen cuando un gas se lleva a profundidad.

P x V = K
P= Presión
V= Volumen
K= es una constante

En la superficie 1atm x 1litro = 1
Ej, a 50 metros de profundidad 6 atm x V = 1 V = 1/6


La fórmula se puede readaptar para calcular la presión, por lo tanto

Si en el momento inicial (diferenciados por el 1) teniamos que P1 x V1 = K

y en profundidad (diferenciados por el 2) tenemos que P2 x V2 = K

podemos afirmar que P1 x V1 = K = P2 x V2 o P1 x V1 = P2 x V2



Ejemplos de aplicación en el buceo,


En el cálculo del consumo de aire,

Si el consumo de aire (volumen) es 1 en superficie, a 2 bares (10 metros) , será el doble, y a 100 metros, sería 10 veces mas. Ya que mientras la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales, la presión y densidad de un gas son directamente proporcionales.

Al reducirse el volumen del aire en la botella proporcionalmente ( a 1 atmósfera el volumen es 1, a 2 atmósferas , el volumen es la mitad, a 3 bares 1/3) para llenar nuestros pulmones, necesitamos más aire ( no por el aire en sí, sino por el volumen de nuestros pulmones que debemos llenar) al estar el aire de la botella a mayor presión, tiene más densidad y menos volumen, con lo que para llenar nuestros pulmones con 2 litros a 10 metros, necesitaremos 10 veces mas de aire.



A la hora de calcular volumenes a distintas presiones,


Un buceador va a recuperar un motor fueraborda hundido en superficie, y ya ha calculado el volumen necesario a insuflar en el globo para dicho trabajo, pero no conoce cuánto se expandirá el aire en superficie. (Como hay un cambio de presión, afectará al volumen, según determinó Boyle)

El objeto, está hundido en agua salada a 26 metros, y el buceador ya ha determinado que se requerirá de fuerza de empuje 29 Kg.

P1 x V1 = P2 x V2

P1 x V1 = 3,6 atm x 28,15 litros( lo deducimos al dividir la fuerza de 29 Kg entre 1,03 del agua salada me da el volumen en litros)

3,6 atm x 28,15 = 1 atm (P2 es la presión al llegar a superficie) x V2 (el volumen que buscamos)

V2 = 101,34 litros (este será el volumen del globo en superficie, cxon lo que puede determinar si el globo explotará o no al leer las características del mismo)
 
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