A Física do Mergulho

Rhett Allain

Eu costumava mergulhar muito mais do que deveria. Praticamente fiz de tudo: mergulhos em águas abertas, mergulhos técnicos, caça submarina e mergulho em cavernas. É um esporte divertido que permite que você veja algumas coisas incríveis, mas também há muita ciência envolvida no processo de colocar um ser humano debaixo d'água com segurança. Então vamos descobrir o que o mergulho pode nos ensinar sobre física.

Talvez a primeira coisa em que um mergulhador pense ao lidar com a pressão seja a pressão do tanque. Os tanques de mergulho contêm muito ar em um volume relativamente pequeno, e a única maneira de fazer isso é comprimir o ar, produzindo alta pressão. Um mergulhador pode determinar a quantidade de ar restante em um tanque usando um manômetro. Normalmente, um tanque cheio tem uma pressão de 3.000 libras por polegada quadrada (psi). Se você ficar abaixo de 200 psi, você deve estar fora da água.

O ar normal – o material que cobre a Terra – é principalmente moléculas de nitrogênio, que compõem cerca de 79 por cento dele. O resto é oxigênio, em torno de 21 por cento. Podemos imaginar que essas moléculas são como bolas superminúsculas movendo-se em velocidades diferentes e em direções diferentes. Se esse gás estivesse em um recipiente, algumas das moléculas colidiriam com a parede, ricocheteariam e mudariam de direção. Essa mudança no movimento significa que cada molécula exerce uma pequena força na parede. (Uma parede ou contêiner maior sofrerá mais colisões e uma força geral maior.)

Uma maneira de descrever o movimento das moléculas de gás é pensar na força por unidade de área. Esta é a pressão do gás:

Se você medir a força em libras e a área em polegadas quadradas, obterá a pressão em libras por polegada quadrada, ou psi. Essa é a unidade mais comum para a pressão do tanque nos Estados Unidos.

Lauren Goode

Equipe WIRED

Julian Chokkattu

Will Knight

Outra unidade é a barra, onde 1 barra é igual a 14,5 psi. O valor de 1 bar é muito próximo da pressão do ar na Terra. A pressão atmosférica do ar que o cerca agora é provavelmente de 14,5 psi. (Sim, eu disse "provavelmente" porque não quero julgá-lo. Talvez você esteja lendo isso do topo do Monte Everest, onde a pressão é de apenas 4,9 psi, porque há menos ar acima de você empurrando para baixo. Nesse caso , envie-me uma foto.) Em termos de força e área, é igual a 100.000 newtons por metro quadrado.

A água também é feita de pequenas moléculas em movimento que agem como bolas, e essas moléculas colidem com objetos subaquáticos (como pessoas), produzindo pressão. A água tem muito mais moléculas do que o mesmo volume de ar, o que significa que há mais colisões para produzir uma pressão maior. Mas assim como ir ao topo do Monte Everest diminui a pressão do ar, ir mais fundo na água aumenta a pressão, porque a gravidade puxa para baixo as moléculas de água. A cada 10 metros de profundidade, a pressão aumenta em 1 bar, ou 14,5 psi. Isso significa que em um mergulho de 20 metros (cerca de 60 pés) abaixo do nível do mar, haveria uma pressão de água de 43,5 psi, três vezes maior que a pressão do ar na superfície da Terra.

(O fato de que a pressão aumenta com a profundidade impede que toda a água do oceano colapse em uma camada infinitamente fina. Como a pressão é maior quanto mais fundo você vai, a água embaixo empurra mais para cima do que a água acima dela empurra para baixo. Essa diferença compensa a força gravitacional para baixo, de modo que o nível da água permaneça constante.)

Pode parecer que 43,5 psi é demais para uma pessoa, mas na verdade não é tão ruim assim. Os corpos humanos são muito adaptáveis ​​às mudanças de pressão. Se você já esteve no fundo de uma piscina, já sabe a resposta para esse problema de pressão - seus ouvidos. Se a pressão da água do lado de fora do tímpano for maior do que a pressão do ar dentro do ouvido interno, a membrana vai esticar e pode doer muito. Mas há um bom truque para consertar isso: se você empurrar o ar para dentro da cavidade do ouvido médio apertando o nariz enquanto tenta soprar o ar para fora dele, o ar será forçado para dentro dessa cavidade. Com mais ar no ouvido interno, a pressão em ambos os lados da membrana será igual e você se sentirá normal. Isso é chamado de "equalização", por motivos óbvios.