Flotabilitatea scafandrului

Conform principiului lui Arhimede, un corp scufundat intr-un fluid este impins pe verticala, de jos in sus, cu o forta egala cu greutatea volumului de fluid dislocuit. Acest principiu al lui Arhimede este o consecinta a fortelor de presiune pe suprafata oarecare ce margineste corpul dat.

Flotabilitatea scafandrului

Forta verticala de impingere in sus a corpului poarta numele de forta arhimedica, se noteaza cu A si are urmatoarea expresie:

A = ρ • g • W

unde ρ este densitatea fluidului, g – acceleratia gravitationala, iar W este volumul de fluid dislocuit.

Prin urmare, asupra unui corp scufundat intr-un lichid actioneaza doua forte:

– o forta verticala dirijata de sus in jos, greutatea corpului, G;

– o forta verticala dirijata de jos in sus, forta arhimedica, A.

Diferenta dintre forta arhimedica A si greutatea corpului G porta numele de flotabilitate, F:

F = A – G

Functie de marimea relativa a celor doua forte, exista urmatoarele situatii:

– daca forta arhimedica este mai mica decat greutatea ( A < G ), flotabilitatea este negativa (F<0), iar corpul capata o miscare de coborare in fluid;

– daca forta arhimedica este mai mare decat greutatea ( A > G ), flotabilitatea este pozitiva (F>0), iar corpul se ridica catre suprafata. Dupa ce corpul ajunge la suprafata, acesta va iesi din apa pana cand volumul de apa dislocuit va conduce la o forta arhimedica egala cu greutatea corpului;

– daca forta arhimedica este egala cu greutatea (A = G), flotabilitatea este nula (F = 0), iar corpul are o flotabilitate neutra.

Tinand cont de expresia flotabilitatii, corpurile care au densitatea mai mica decat cea a apei, cum ar fi lemnul, neoprenul si aerul, au o flotabilitate pozitiva, iar cele care au densitatea mai mare decat cea a apei, cum ar fi plumbul, otelul si aluminiul, au o flotabilitate negativa.

Corpul omenesc, fara nici un echipament, are o flotabilitate situata in jurul flotabilitatii nule. Aceasta deoarece densitatea medie a corpului uman este apropiata de densitatea mediului acvatic, corpul uman fiind alcatuit in proportie de 70 % din apa. Cea mai mare parte din oameni au o flotabilitate pozitiva, avand posibilitatea de a se mentine in plutire la suprafata apei fara efort, iar atunci cand patrund sub apa in scufundare libera, au tendinta de a reveni la suprafata.

Unii oameni, functie de alcatuirea corpului si de marimea plamanilor, au o flotabilitate pozitiva naturala mai mare. Grasimea are o densitate mai mica decat muschii si oasele ce alcatuiesc corpul uman si, de aceea, oamenii grasi au o flotabilitate pozitiva ceva mai mare decat ceilalti.

Flotabilitatea corpului uman poate fi controlata si cu ajutorul plamanilor. La o inspiratie completa, corpul uman are o flotabilitate mai mult decat suficienta pentru a pluti la suprafata apei cu fata afara din apa. Prin urmare, controland cantitatea de aer din plamani, omul poate pluti fara efort la suprafata apei.
Scafandrul echipat complet, inclusiv cu centura de lestare, trebuie sa aiba o flotabilitate apropiata de flotabilitatea nula, astfel incat el sa poata evolua sub apa cu mare usurinta. Atunci cand flotabilitatea scafandrului echipat este nula, el se poate deplasa cu efort minim, in toate directiile sau poate stationa, fara a face vreun efort, la adancimea dorita. Senzatia pe care o are un scafandru avand flotabilitate nula este asemanatoare cu aceea pe care o are un astronaut aflat in imponderabilitate.

Ca pentru orice corp imersat, asupra scafandrului aflat sub apa actioneaza o forta de greutate si o forta arhimedica. Greutatea este formata din greutatea scafandrului plus greutatea echipamentului. Forta arhimedica este data de volumul dislocuit de scafandru cu tot cu echipament.

In timpul scufundarii, greutatea sufera o usoara diminuare pe masura ce scafandrul consuma aer din butelie. In rest, atata timp cat scafandrul nu largheaza vreo piesa de echipament, greutatea nu va suferi nici o modificare. Forta arhimedica sufera, de asemenea, o foarte slaba diminuare pe masura ce scafandrul coboara mai adanc, datorita comprimarii bulelor de azot din neopren.

Tinand cont de aceste considerente, se recomanda ca, la inceperea coborarii sub apa, scafandrul echipat sa aiba o usoara flotabilitate negativa ceea ce ii usureaza coborarea, ca o data ajuns la adancimea de lucru flotabilitatea sa ajunga sa fie aproximativ nula datorita diminuarii cantitatii de aer din butelie, iar in timpul urcarii catre suprafata flotabilitatea sa devina chiar pozitiva inlesnind astfel urcarea.

Evident, flotabilitatea scafandrului sufera usoare modificari si in timpul respiratiei, datorita modificarii fortei arhimedice. Astfel, in timpul inspiratiei flotabilitatea scafandrului are o usoara crestere, iar in timpul expiratiei, flotabilitatea sufera o usoara diminuare. De aceea, se spune ca un scafandru este corect lestat daca atunci cand expira are o usoara tendinta de a cobori, iar atunci cand inspira are tendinta de a urca usor.

Scafandrul isi poate regla flotabilitatea in timpul scufundarii prin modificarea fortei arhimedice, cu ajutorul vestei de salvare-compensare.

Atunci cand apar probleme sub apa si scafandrul trebuie sa iasa imediat la suprafata, acesta trebuie sa faca o manevra care sa conduca la cresterea flotabilitatii. Acest lucru se poate realiza fie prin micsorarea greutatii, prin largarea centurii de lestare sau a altui element de echipament, fie prin umflarea vestei de salvare-compensare. Tot prin umflarea vestei de salvare-compensare scafandrul isi poate asigura flotabilitatea pozitiva suficienta plutirii si mentinerii fara efort la suprafata apei.

Unii oameni, in functie de alcatuirea corpului si de marimea plamanilor, au o flotabilitate pozitiva naturala mai mare. Grasimea are o densitate mai mica decat muschii si oasele ce alcatuiesc corpul uman si, de aceea, oamenii cu un strat de grasime mai mare au o flotabilitate pozitiva ceva mai mare decat ceilalti.

Scafandrul echipat complet, inclusiv cu centura de lestare, trebuie sa aiba o flotabilitate apropiata de flotabilitatea nula, astfel incat el sa poata evolua sub apa cu mare usurinta. Atunci cand flotabilitatea scafandrului echipat este nula, el se poate deplasa cu efort minim, in toate directiile sau poate stationa, fara a face vreun efort, la adancimea dorita. Senzatia pe care o are un scafandru avand flotabilitate nula este asemanatoare cu aceea pe care o are un astronaut aflat in imponderabilitate.