8- Buceo. El primer dispositivo inventado para
que las personas realicen inmersiones prolongadas
fue un largo tubo que conectaba la boca del buzo con la atmósfera. En la figura se muestra un tubo respiratorio diseñado por Leonardo Da Vincí.
Tenía una longitud de un metro y constaba de un
disco de corcho en el extremo superior de modo que siempre sobresaliera de la superficie del agua.

Vamos con la primera pregunta. La presión a un metro de profundidad en el agua la calculamos con el principio general de la hidrostática.

pr_1m = 1.000 kg/m³ . 10 m/s² . 1 m

pr_1m = 10.000 N/m²

Sabiendo la presión podemos calcular la fuerza extra que tiene que hacer el pecho utilizando la definición de presión:

F_extra = pr_1m . S_caja

F_extra = 10.000 N/m² . 0,1 m²

Eso es unos 100 kilos. Una fuerza casi imposible excepto para el increíble Hulk. Los buzos no tienen que hacer semejante fuerza porque gracias a los tubos de aire comprimido meten aire en sus pulmones con una presión similar a la de su entorno ahí en la profundidad.

    b) Calcule la presión absoluta a 10 m de profundidad; exprésela en atmósferas. La inmersión a más de 30 m de profundidad utilizando tanques con aire atmosférico comprimido puede resultar tóxico ¿cuál es la presión del aire comprimido respirado en ese caso límite? Fijate lo que ocurre a 10 metros de profundidad.

pr_1m = 1.000 kg/m³ . 10 m/s² . 10 m

pr_1m = 100.000 Pa

Eso es más o menos 1 atm. O sea, la presión en el agua aumenta en 1 atmósfera cada 10 metros de profundidad. Si lo querés en presiones absolutas (recordá que el valor de la presión en la superficie del agua y en escala absoluta es 1 atm), entonces a 10 m de profundidad la presión valdrá 2 atm y a 30 m de profundidad valdrá 4 atm.

    c) La diferencia de presión entre el agua y el oído medio puede provocar un daño en los tímpanos si el buzo no hace una maniobra de compensación mientras se sumerge. Calcule la fuerza extra que soportaría la membrana del tímpano a 30 m de profundidad si la presión interna detrás del tímpano se mantuviera constante durante la inmersión. (Diámetro del tímpano 10 mm). OK, es lo mismo de antes. La diferencia de presión a un lado y otro del tímpano a 30 m de profundidad es de 3 atm o sea, unos 300.000 Pa. Entonces, la fuerza valdrá:

ΔF_tímp = Δpr_30m . S_tímp

ΔF_tímp = 300.000 Pa . 78,5 . 10^-6 m²