Virginia, miembro de este staff, nos ha hecho el favor de redactar este artículo porque conoce a la perfección este tema.
Solución:
El buceador dejaría de flotar cuando su densidad media coincida con la del agua circundante; donde la densidad es el peso (o masa) dividido por el volumen. La densidad del agua circundante no va a cambiar mucho con profundidades tales como el agua es muy difícil de comprimir. Sin embargo, la densidad del buceador aumentará a medida que se comprima el aire de sus pulmones; su peso sigue siendo el mismo, pero el volumen desplazado por su cuerpo se reduce y, por tanto, aumenta la densidad media.
La densidad del cuerpo humano es relativamente cercana a la del agua; una cifra común es 985 g / litro, frente a 1000 g / litro de agua dulce y 1020 g / litro de agua de mar. Eso es solo un 3,5% menos denso que el agua de mar, por lo que si comprimir aire en sus pulmones puede reducir el volumen corporal total en un 3,5%, alcanzarán una densidad neutra.
Imagínese un macho adulto de 80 kg (176 libras). A 985g / l, desplazarían unos 81,2 litros. 80 kg de agua de mar desplazarían unos 78,4 litros (a 1020 g / l). Si el volumen del buceador pudiera reducirse en 2,8 litros, alcanzarían densidades equivalentes.
Los pulmones de un hombre adulto típico contienen alrededor de 6 litros de aire; si sus pulmones pudieran comprimirse en un 50%, es decir, hasta 3 litros de volumen, su volumen corporal bajaría a 78,2 litros y serían ligeramente más densos que el agua de mar. El aire en un globo se reduciría en volumen en un 50% a una profundidad de aproximadamente 30 pies (cada 30 pies de profundidad aumenta la presión en aproximadamente 1 atmósfera), pero por supuesto, las costillas y los pulmones no son un simple globo y los pulmones no lo harían. comprimir tan fácilmente pero van mucho más profundo.
En general, estos cálculos simples sugieren que los buceadores libres podrían acercarse o exceder la flotabilidad neutra debido a la compresión pulmonar; al menos, su flotabilidad se reduciría significativamente.
Complicaciones: las densidades corporales varían; comienzan con pulmones llenos, lo que reduce su densidad inicial (pero hay presión más que suficiente para compensar eso); los buenos buceadores tienen mayor capacidad pulmonar; cualquier equipo usado tendría algún efecto en los cálculos a menos que tuviese una flotabilidad neutra, y el agua dulce haría que la flotabilidad neutra fuera mucho más fácil de lograr.
Sin embargo, es bastante creíble que los buceadores en apnea profunda pierdan su flotabilidad.
Otros han explicado la física. Solo quiero agregar que aquellos de nosotros con poca grasa corporal podemos volvernos negativamente optimistas en la superficie si exhalamos y vaciamos nuestros pulmones. Puedo hundirme y sentarme en el fondo de una piscina. Por lo tanto, es muy posible bucear a una profundidad en la que tenga flotabilidad negativa, pero la profundidad dependerá de la densidad de su cuerpo o de su grasa (ya que la grasa tiene una densidad relativamente baja en comparación con otros materiales corporales).
También he hablado personalmente con un buceador libre que confirmó que a una profundidad relativamente baja se vuelven al menos neutrales a flotación. Por lo general, esto sucede después de que igualan la presión en sus oídos, un proceso que usa parte del aire en sus pulmones (si usa la técnica de igualación de poca profundidad más común). Si alguna vez ha buceado lo suficientemente profundo como para que le empiecen a doler los oídos por la presión, ha ido más allá del punto en el que debería haber igualado la presión. Creo que esta profundidad está en algún lugar en el rango de 15 pies. Es bastante fácil, incluso para un buceador relativamente inexperto, alcanzar esta profundidad.
¿De modo realista? No.
Para que esto suceda, la densidad de su cuerpo debería aumentar más rápido de lo que aumenta la densidad del agua a medida que desciende. Esto sucede porque el módulo de volumen del agua es extremadamente alto (alrededor de $ 2,2 veces 10 ^ 9 , mathrm Pa $ en comparación con el del aire (alrededor de $ 1,4 veces 10 ^ 5 , mathrm Pa $) . Por lo tanto, ignorando la parte del cuerpo humano del problema, definitivamente podría comprimir el aire en los pulmones a un volumen lo suficientemente pequeño como para dejar de flotar. Si hace algunas suposiciones simples sobre su flotabilidad y su capacidad pulmonar, la Las matemáticas para calcular la presión (y por lo tanto la profundidad) necesaria deberían ser simples.
El principal problema es que al comprimir el aire en los pulmones es que la caja torácica no es un globo que se pueda expandir o contraer. Definitivamente, hay un volumen mínimo al que se puede comprimir la caja torácica antes de que colapse catastróficamente.
El otro problema que veo es que comprimir el aire en los pulmones aumentará bastante la temperatura del aire. Incluso si sus costillas pudieran expandirse y contraerse como un globo, tendría que descender algo lentamente para mantener la temperatura del aire en sus pulmones relativamente constante.
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