Fisica della subacquea

Per quanto riguarda la subacquea alcune leggi fisiche hanno un interesse particolare, le condizioni dell'ambiente dove viene svolta l'attività subacquea hanno una serie di conseguenze sull'organismo, 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 (immersione in apnea e immersione con autorespiratore), altri sono invece peculiari solo con autorespiratore.

Principio di Pascal: la non-comprimibilità dei liquidi. Nel corpo umano è presente una percentuale molto elevata di liquidi e ciò spiega perché, pure a profondità (e quindi pressioni) elevate, non venga "schiacciato" dal peso dell'acqua.

Legge di Boyle-Mariotte: « A temperatura costante, il volume di una certa quantità di gas varia in modo inversamente proporzionale alla pressione a cui viene sottoposto. » Ciò significa 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 l'aria non viene opportunamente espulsa l'aumento 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 d'appoggio.

Principio di Archimede: « Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di fluido che sposta. » Il peso specifico dell'acqua dolce è pari a 1 mentre quello dell'acqua di mare è pari a circa (dipende dalla salinità) 1,026. Il peso specifico dei tessuti dell'organismo è leggermente superiore a quello dell'acqua, ma considerando i volumi delle cavità corporee che contengono aria il peso specifico del corpo umano nel suo complesso è lievemente inferiore a quello dell'acqua 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 dell'aria contenuta nei polmoni si riduce la spinta verso l'alto. In pratica più l'apneista 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. Nell'immersione con autorespiratore lo strumento per compensare le modifiche di peso (dovute al consumo dell'aria contenuta nella bombola) e di volume dell'aria presente nei polmoni e nella muta è il giubbotto ad assetto variabile (GAV, che ha la stessa funzione della vescica natatoria dei pesci).

Legge delle pressioni parziali di Dalton: « La pressione totale esercitata da una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali dei gas componenti la miscela stessa. »

Il principio, se applicato alla subacquea, comporta che variando la pressione dell'aria respirata variano anche le pressioni parziali dei gas che la compongono e variano di conseguenza gli effetti provocati sull'organismo dai gas stessi. Ad esempio l'ossigeno, che costituisce circa il 21% dell'aria che respiriamo diviene tossico se respirato ad una pressione parziale di circa 1.6 bar (Massima profondità operativa). Questi valori sono tratti dai manuali federali di immersione e dagli studi della DAN.

 

Legge di Henry: « A temperatura costante la quantità di un gas che si può sciogliere in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas stesso »

Questa legge fisica è d'importanza fondamentale per capire cosa succede all'organismo in termine di saturazione e desaturazione dei gas quando si scende in profondità con ARA e,dell'insorgere d'eventuali embolie gassose, quando si risale in superficie.