Una notícia publicada fa temps en la premsa t’ha cridat molt l’atenció. El titular diu “El litoral de l’Empordà té la concentració de vaixells enfonsats més gran del país.” (El Punt, 18-8-2008).
|
| Fig. 1. Pots trobar l'article sencer fent clic sobre la imatge, a l'annex. |
Un dels vaixells enfonsats que encara està sencer, l’"Avvenire”,
està a 
de profunditat,
i es pot visitar.
Quin equip es
necessita per veure aquest vaixell enfonsat? Feu una proposta del material que
penseu que seria imprescindible.
Un dels problemes en la immersió aquàtica és la respiració.
Quan respirem els moviments del diafragma permeten variar lleugerament la pressió
de l’aire dels pulmons respecte de la pressió atmosfèrica,
que és la pressió a la qual està sotmès tot el nostre
cos. Quan inspirem, el diafragma es mou cap avall i la pressió dins dels
pulmons baixa lleugerament respecte de la pressió atmosfèrica,
així entra l’aire. Quan expirem fem el procés contrari,
el diafragma s’eleva, augmenta la pressió de l’aire dels
pulmons i així l’obliguem a sortir.
El submarinista respira l’aire de la bombona, es tracta d’una mescla
de gasos en una proporció adequada.
Dins del dipòsit l’aire està a uns 
de pressió. El regulador permet modificar la pressió de sortida
de l’aire que es respira.
A de profunditat el
submarinista ha de regular la pressió de sortida de l’aire de la
bombona per poder respirar. Quina és aquesta pressió? Per poder
respondre aquesta pregunta amb una base científica, et proposem que realitzis
l’activitat següent.
Obriu l’enllaç següent:
http://phet.colorado.edu/sims/fluid-pressure-and-flow/under-pressure_ca.jnlp
En la pantalla (figura 2) apareixen tres escenaris possibles.
|
| Fig. 2. Escenes possibles. |
Observeu que disposeu de dos aparells de mesura: el manòmetre,
que mesura la pressió en el punt on el situeu, i un regle.
A més, disposeu de diferents controls que us permeten modificar característiques
de l’escenari estudiat (figura 3). Exploreu la simulació per investigar
què fan.
|
| Fig. 3. Escenari de la simulació |
De què depèn la pressió dins del líquid?Per saber quines magnituds influeixen en la pressió i quines no,
realitzeu les mesures següents. |
|
| Fig. 4. Escenes possibles. |
Ordeneu-les
de menys a més pressió:
Fixeu-vos en les imatges següents (figures 5 i 6). Els tres marcadors indiquen
punts situats a 
de profunditat
respecte de la superfície del líquid. Mesureu la pressió
en els tres punts.
 |
|
| Fig. 5 i 6. Marcadors a diferents posicions | |
Situeu el manòmetre a una certa profunditat i canvieu de líquid,
amb la qual cosa modificareu la densitat.
Situeu el manòmetre a una certa profunditat i modifiqueu el valor de
la gravetat. La gravetat a la superfície de la Terra val 
,
però té valors diferents en altres planetes.
Fins aquí heu fet un estudi qualitatiu de la pressió dins d’un
líquid, també anomenada pressió hidrostàtica,
utilitzant un manòmetre i canviant les condicions en què es fan
les mesures. Els paràmetres que heu investigat són: profunditat,
quantitat d’aigua, forma del recipient, densitat del líquid i gravetat.
Per portar a terme l’anàlisi quantitativa investigareu la dependència
de la pressió en els líquids de les variables de les quals depèn.
Per estudiar únicament la pressió que exerceix el líquid
elimineu l’efecte de l’atmosfera posant-la en
off.
Ompliu totalment el recipient amb aigua i assegureu-vos que el valor de la gravetat,
, és de .
Realitzeu els tres experiments següents:
1. Situeu el regle per mesurar la profunditat respecte de la
superfície lliure del líquid, h. Situeu el manòmetre a
1, 2
i 3 m de profunditat
i mesureu la pressió, P.
).
Densitat =
Gravetat =
| h(m) | P(kPa) | P(Pa) |
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 |
Conclusió: Quan dupliquem la profunditat, la pressió . Si la profunditat es triplica, la pressió . La profunditat i la pressió són
2. Poseu l’indicador de pressió a 1m
de profunditat. Mesureu la pressió amb els valors de la gravetat
indicats.
Profunditat =
Densitat =
| g(m/s2) | P(kPa) | P(Pa) |
| 4,9 | ||
| 9,8 | ||
| 19,6 |
Conclusió: Quan la gravetat es duplica...
3. Poseu l’indicador de pressió a 1m
de profunditat i la gravetat a .
Mesureu la pressió en els líquids de les densitats indicades.
Profunditat =
Gravetat =
| d(kg/m3) | P(kPa) | P(Pa) |
| 700 | ||
| 1000 | ||
| 1400 |
Conclusió: Quan el líquid té una densitat
doble...
En la taula següent es recullen algunes de les proves que acabeu de realitzar.
| d(kg/m3) | g(m/s2) | P(kPa) | P(Pa) |
| 1000 | 9,8 | 1 | |
| 1000 | 9,8 | 2 | |
| 1000 | 4,9 | 1 | |
| 700 | 9,8 | 1 |
| d(kg/m3) | g(m/s2) | h(m) | P(Pa) | P(Pa) | P(kPa) |
| 1000 | 9,8 | 3 | |||
| 1025 aigua de mar |
9,8 | 1 | |||
| 1000 | 3,7 gravetat de Mart |
1 |
En l’anàlisi anterior no hem tingut en compte l’atmosfera,
ja que analitzàvem només la pressió deguda al líquid
(pressió hidrostàtica). Però en les situacions reals cal
considerar-la.
Les imatges (figures 7 i 8) mostren la mesura de la pressió a 1
m de profunditat ( 
i
) quan no es considera
l’efecte de l’atmosfera i quan es té en compte. Compareu
els valors de la pressió hidrostàtica i la pressió total
que inclou l’efecte de l’atmosfera.
 |
|
Fig. 7. Mesures de la pressió
a 1 m de profunditat
sense considrear l'atmosfera. |
.Fig. 8. Mesures de la pressió
a 1 m de profunditat
considerant l'atmosfera . |
|
En l’activitat que acabeu de fer heu deduït de què depèn la pressió que rebrà el submarinista i com la podeu calcular. Utilitzeu les vostres conclusions per respondre la pregunta inicial:
|
|
| Fig. 9. Vaixell enfonsat. Extreta de |
La immersió a poca profunditat (figures 10 i 11) se sol fer sense cap equip especial o, com a molt, amb un tub i unes ulleres. En aquesta modalitat de submarinisme els canvis de pressió no són importants. La dificultat és poder-se submergir, ja que, si no fem cap esforç, surem.
 |
|
| Fig. 10 i 11. Immersió a poca
profunditat. Extretes de: https://encrypted-bn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTJxPT5QcppWWMFyyIZVWFV83MqiMPj6pbbRd83MNXUclLudLSn3Ahttp:/ /www.aladinia.com/media/catalog/product/cache/1/image/800x600/040ec09b1e35df139433887a97daa66f/r/e/regalos_originales_para_ hombres_snorkel_12.jpg |
|
, proposeu una explicació al fet que alguns cossos suren en l’aigua.
En els treballs d’immersió profunda, fins a, el bus ha d’estar molta estona en immersió a pressions molt elevades. En aquestes situacions, s’utilitza un escafandre rígid, que en anglès s’anomena atmosphericdivingsuit, com el de les fotografies (figures 12 i 13).
 |
|
Fig. 12 i 13. Atmosphericdivingsuit. Extretes
de: |
|
El bus respira a través d’un tub molt llarg que arriba fins l’exterior. Podeu veure’n un exemple a:
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=2Mv4vmB81Qo
, gravetat =
)
) si es troba a molta profunditat?
Així titulaven alguns mitjans de comunicació el salt protagonitzat per Felix Baumgartner i l’equip de Red Bull Stratos el 14 d’octubre de 2012. Un globus aerostàtic va portar la càpsula fins a 30 km d’altura, des d’on Felix Baumgartner es va deixar caure. Encara que pugui semblar impossible, va arribar a terra sa i estalvi. Si no heu vist el salt, el podeu trobar a:
http://www.rtve.es/alacarta/videos/programa/asi-fue-salto-estratosferico-felix-baumgartner/1552276/
d’altura?
A continuació us proposem que feu l’activitat següent per
comprovar la vostra predicció.
En aquesta activitat us convertireu en científics
que envien un globus sonda (figura 14) per tal d’estudiar com varia
la pressió atmosfèrica amb l’altura.
|
|
Fig. 14. Globus sonda |
Ara podeu obrir http://aspire.cosmic-ray.org/labs/atmosphere/atm1.swf
Per moure el globus solament cal que l’arrossegueu
i per mesurar la pressió atmosfèrica premeu el botó
verd de la cistella i llegiu els valors de l’altura i la pressió
al requadre de la dreta (figura 15).
|
|
Fig. 15. Mesura de la pressió segons l'altura |
La taula següent mostra com varien la temperatura i la densitat de l’aire,
i la gravetat amb l’altura.
| Capa atmosfèrica | Altura(m/s2) | Temperatura(K) | Densitat(kg/m3) | Gravetat(m/s2) |
| Troposfera | 0 | 288 | 1,2 | 9,80 |
| 10 | 216 | 0,4 | 9,77 | |
| 15 |
216 | 0,2 | 9,75 | |
| Estratosfera | 20 | 216 | 0,09 | 9,74 |
| 35 | 235 | gairebé nul·la | 9,72 | |
| 50 |
270 | gairebé nul·la | 9,68 |
?
Un gran salt
Després d’analitzar com varia la pressió atmosfèrica amb l’altura, podreu valorar millor el salt realitzat per Felix Baumgartner.
Per complementar la informació podeu veure una versió d’animació del salt a
http://www.redbull.com/cs/Satellite/en_INT/Video/
Red-Bull-Stratos-An-Animated-View-021243232880658
o l’aplicació interactiva que trobareu a
Fig. 16. Vestit pressuritzat de Felix Baumgartneer
Qüestions finals
Autor d'aquesta pągina: .Maria Mercè Andrés és professora de Física i Química a l'institut Viladecavalls ; Montserrat Enrech és professora de Física i Química a l'Institut Montserrat Roig de Terrassa ; Maria Teresa Pujol Bosch és professora de Física i Química a l'institut Arraona de Sabadell. Maria Dolors Ribera i Vall és professora de Física i Química a l'Institut de Matadepera.
Aquesta
obra estą subjecta a una
Llicčncia
de Creative Commons
.
Fins a quina profunditat pot baixar un submarinista?
) que permet
assolir altures de més de 
.
.
aproximadament
fins a assolir 
d’altura i continueu fent mesures cada 
fins a arribar a la màxima altura possible. 
