Il subacqueo Shayne Pemberton di Richardson, Texas, stava giocherellando nel suo laghetto per tartarughe. Riemp\u00ec d’acqua un barattolo, sollev\u00f2 la parte chiusa sopra la superficie del laghetto, e un pesce nuot\u00f2 dentro al barattolo. Questo gli diede da pensare.<\/p>\n
Un barattolo d’acqua alto 18 metri \u00e8 come il barometro a mercurio usato per misurare la pressione atmosferica. Un barometro vero \u00e8 un tubo di vetro con un diametro di circa un quarto di pollice (6,35mm), riempito di mercurio, con la parte aperta immersa in una vaschetta di mercurio. Il mercurio scende dalla parte superiore del tubo, il lato chiuso, per circa un pollice e rimane ad un’altezza di circa 30 pollici (76cm) dalla superficie della vaschetta di mercurio. La lunghezza della colonna equivale ad una pressione – la pressione atmosferica o barometrica – di 14,7 libbre per pollice quadrato, assoluta. <\/p>\n
Se arriva un temporale o il barometro viene portato in montagna (\u00e8 ci\u00f2 che fecero i “filosofi naturali” nel ‘600), l’altezza della colonna di mercurio diminuisce con l’abbassamento della pressione atmosferica. La colonna di mercurio rimane al di sopra della vaschetta perch\u00e9 viene spinta verso l’alto dalla pressione atmosferica che grava sulla superficie della vaschetta. Lo spazio di testa “vuoto” \u00e8 in realt\u00e0 pieno di vapore di mercurio. <\/p>\n
Per avere una dimostrazione, potreste costruire un barometro con acqua di mare invece che con mercurio (evitate il contatto con il mercurio, perch\u00e9 \u00e8 tossico). Se la parte chiusa di un tubo riempito con acqua di mare venisse gradualmente alzata sopra il livello del mare, il tubo rimarrebbe completamente pieno d’acqua fino all’altezza di 33 piedi (10m). Al di sopra di questa altezza, l’acqua di mare scenderebbe dalla sommit\u00e0 del tubo e rimarrebbe a 33 piedi e non si alzerebbe, non importa quanto in alto venisse sollevato il tubo. Se il tubo fosse abbastanza grande da potercisi immergere, un subacqueo noterebbe che, mano a mano che salisse, la pressione scenderebbe. Il meccanismo \u00e8 lo stesso che nel barometro a mercurio, eccetto che il liquido \u00e8 acqua. Di fatto, sono stati costruiti barometri con acqua dolce ma, invece di essere alti 30 pollici, sono alti 34 piedi (11m) – 34 piedi di acqua dolce = 1 atmosfera di pressione = 30 pollici (76cm) di mercurio = 33 piedi di acqua di mare. Lo spazio di testa vuoto in cima alla colonna \u00e8 in realt\u00e0 vapore acqueo ad una pressione di 0,05 atmosfere assolute (ata).<\/p>\n
La pompa aspirante <\/strong> Se il subacqueo nuotasse fino a 24 piedi (7m), la pressione scenderebbe a 0,3 ata, equivalente ad un’altitudine di 30.000 piedi (9,144m). La cima dell’Everest \u00e8 a circa 29.000 piedi (8.839m), e una tuta da astronauta ha una pressione equivalente ad un’altitudine di 30.300 piedi (9.235m). Il nostro subacqueo \u00e8 in un mondo artificiale con due problemi di immersione molto improbabili. Primo, un subacqueo che respirasse aria a 24 piedi nella colonna d’acqua perderebbe conoscenza per mancanza di ossigeno (ipossia), in quanto la pressione parziale dell’ossigeno a 30.000 piedi di altitudine \u00e8 di sole 0,06 atm o l’equivalente del 6 percento a livello del mare. Per evitare l’ipossia, la tuta da astronauta \u00e8 riempita di ossigeno puro. Secondo, il subacqueo soffrirebbedi malattia da decompressione da altitudine (MDD) invalidante o fatale a causa delle bolle formate dall’azoto disciolto nei suoi tessuti. Per evitare la MDD, gli astronauti respirano ossigeno puro al livello del mare, per un massimo di quattro ore, per eliminare l’azoto disciolto prima di decomprimersi alla pressione della tuta spaziale. <\/p>\n Riflettiamo su questo mondo artificiale: una colonna di aria comprimibile alta pi\u00f9 di 100.000 piedi (330.48m) \u00e8 stata sostituita da una colonna di acqua di mare incomprimibile alta 33 piedi (10m). Ciascuna colonna grava con lo stesso peso sulla superficie dell’oceano. Un’immersione barometro ad acqua sarebbe una maniera brillante per insegnare le pressioni manometrica e assoluta, se non fosse per l’ipossia e la MDD. Freddo bollente Perch\u00e9 in un barometro ad acqua di mare l’altezza della colonna \u00e8 limitata a 33 piedi, e perch\u00e9 l’acqua dolce non pu\u00f2 essere pompata da pozzi pi\u00f9 profondi di 34 piedi? Il motivo \u00e8 il punto di ebollizione. A temperatura ambiente – 72°F (22°C) – la pressione del vapore acqueo \u00e8 di 0,05atm, o 0,7psi. Quando l’acqua viene riscaldata, la pressione del suo vapore sale, e quando la temperatura raggiunge i 212°F (100°C) la pressione vapore \u00e8 di 14,7psi, o 1atm. L’acqua bolle quando la pressione del suo vapore coincide con la pressione assoluta. Vediamo la cosa in un altro modo. Quando si sale in montagna, l’acqua bolle ad una pressione (vapore) pi\u00f9 bassa perch\u00e9 la pressione barometrica \u00e8 pi\u00f9 bassa. Viceversa, in una pentola a pressione la pressione viene aumentata per arrivare all’ebollizione ad una temperatura pi\u00f9 alta.<\/p>\n Bolle decompressive Qui abbiamo una lezione sulle bolle che si formano durante la decompressione. Le bolle si formano quando la somma di tutte le pressioni parziali dei gas disciolti (azoto, ossigeno, anidride carbonica, elio, ecc.) – pi\u00f9 la pressione del vapore acqueo – supera la pressione assoluta. Questa condizione \u00e8 nota come “sovrasaturazione”. C’\u00e8 anche una lezione pi\u00f9 particolare riguardo la formazione di bolle: il vapore acqueo lascia la superficie dell’acqua solo se c’\u00e8 una superficie gassosa adiacente. Se non ci fossero superfici gassose nel barometro ad acqua, sarebbe possibile alzare la colonna d’acqua a migliaia di piedi o metri e farla aderire alla cima. Per strano che possa sembrare, la pressione sulla cima della colonna sarebbe inferiore di centinaia di atmosfere rispetto alla pressione atmosferica. Questo \u00e8 stato dimostrato sperimentalmente con acqua molto pulita e con acqua surriscaldata che non bolle, sebbene la pressione vapore sia centinaia di volte pi\u00f9 alta della pressione atmosferica. Quando alla fine una bolla di vapore acqueo puro si forma, l’acqua ha raggiunto la sua forza “tensile” e si frattura o si rompe. Ci\u00f2 \u00e8 noto come formazione de novo della bolla, ossia bolle che si formano “dal nulla”. La realt\u00e0 \u00e8 che le bolle si formano praticamente sempre da “qualcosa”, e quel qualcosa \u00e8 una piccola cavit\u00e0 gassosa, sia che si trovi nell’acqua di mare o nel nostro corpo. Chi ha detto che la fisica \u00e8 noiosa?<\/p>\n L’autore<\/strong><\/p>\n Richard Vann ha iniziato a collaborare con il Duke Center di Medicina subacquea e fisiologia ambientale in qualit\u00e0 di dottorando in ingegneria biomedica. Ha studiato la formazione di bolle e gli scambi di gas inerte. Ha elaborato procedimenti decompressivi utilizzati in immersioni scientifiche e da astronauti in attivit\u00e0 extraveicolari dalla Stazione spaziale. Il dott. Vann \u00e8 Vice Presidente del DAN Research.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Il subacqueo Shayne Pemberton di Richardson, Texas, stava giocherellando nel suo laghetto per tartarughe. 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Un barometro ad acqua ed una pompa aspirante hanno molto in comune. Se lo spazio di testa del barometro viene aperto ed entra in contatto con l’atmosfera, l’acqua riscende al livello del mare. Ora chiudiamo lo spazio di testa e applichiamo un vuoto con una pompa aspirante per tirar su di nuovo l’acqua nel tubo. L’acqua si alzer\u00e0 fino a 33 piedi e si fermer\u00e0 l\u00ec. In un pozzo d’acqua dolce \u00e8 impossibile pompare acqua da una profondit\u00e0 maggiore di 34 piedi per la stessa ragione per la quale l’acqua in un barometro ad acqua dolce non si alzer\u00e0 a pi\u00f9 di 34 piedi – spiegheremo pi\u00f9 avanti il perch\u00e9. Immersioni in altitudine Cosa \u00e8 successo al pesce nel barattolo del laghetto per tartarughe di Shayne Pemberton, e cosa succederebbe ad un subacqueo in un barometro ad acqua? Prima di tutto, dobbiamo ricordare che la pressione alla base della colonna d’acqua al livello del mare \u00e8 di 1ata, e che la pressione nello spazio di testa 33 piedi pi\u00f9 su \u00e8 di 0,05ata (la pressione di vapore dell’acqua). Se il subacqueo nuotasse fino all’altezza di 16,5 piedi (5m) della colonna d’acqua, la pressione assoluta scenderebbe alla met\u00e0 di un’atmosfera assoluta (0,5 ata), equivalente alla pressione barometrica ad un’altitudine di 18.000 piedi (5.486m).<\/p>\n
Tuttavia durante le immersioni, diversamente da quanto accade nell’ebollizione, la pressione del vapore acqueo \u00e8 molto pi\u00f9 bassa della pressione parziale dell’azoto disciolto, ed \u00e8 quindi l’azoto – non il vapore acqueo – che determina la formazione di bolle. Alcuni teorici della decompressione ritengono che sia possibile resistere a sovrasaturazioni pi\u00f9 grandi prima che si formino bolle nel sangue e nei tessuti, ma queste sovrasaturazioni pi\u00f9 alte sembrano minime, sempre che esistano. Bolle “silenti”, che non provocano segni o sintomi di MDD, possono essere presenti dopo praticamente qualsiasi immersione, eccetto le pi\u00f9 banali. La rilevazione ad ultrasuoni trova regolarmente delle bolle nel corpo umano con sovrasaturazioni di sole 0,4atm (6psi; 12fsw\/4msw). Pu\u00f2 darsi che le grandi sovrasaturazioni nella teoria della decompressione rappresentino bolle silenti che sono troppo piccole, o che si trovano nel punto sbagliato, per causare sintomi. <\/p>\n
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