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di Tecnica & Medicina

38. LA SPINTA DEL JACKET

L'idea di questo articolo nasce dalla domanda posta da un amico subacqueo: qualcuno sa spiegarmi cosa si intende per "Kg di spinta" del jacket? Dunque, tutto gira attorno ad un principio fisico detto "spinta Archimedea" il quale, sancito dal grande fisico Archimede che vi diede il nome, recita la seguente spiegazione. Un corpo immerso in un fluido riceve un spinta verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato. In pratica, se immergiamo completamente in una vasca un corpo che ha un dato volume "V", allora noteremo che il volume finale occupato dal fluido all'interno della vasca sarà pari al volume del fluido stesso più il volume del corpo immersovi.

Ora, richiamato questo semplice principio, che oggigiorno può sembrare banale, ma che a suo tempo cambiò la vita ad Archimede (il quale, narra la leggenda, immergendosi nella vasca da bagno e notando l'aumentare del livello dell'acqua esclamò la famosa parola "Eureka") possiamo passare ad una successiva considerazione: quel cubo che abbiamo immerso nell’acqua, di che materiale sarà fatto? Sarà vuoto o pieno? Bene, poniamo per prima la condizione che il nostro cubo abbia un volume complessivo di 1 dm³ (che tra l'altro equivale ad 1 litro); ciò significa che, una volta immerso completamente nel liquido, avrà spostato 1 dm³ di questo e se, come seconda condizione, poniamo che il liquido in questione sia acqua dolce (la quale ha un peso specifico di 1Kg/ dm³), allora possiamo trarre come conclusione che il nostro cubo riceverà una spinta verso l'alto di 1 Kg, (alla quale andrà successivamente sottratta la massa del cubo). Poniamo ora l'idea che il nostro cubo sia fatto di alluminio, il quale pesa 2,7 Kg/ dm³, e che al suo interno contenga aria (in pratica una scatola) la quale si trova alla pressione di 1 bar (attenzione al fatto della pressione che poi risulterà di notevole rilievo). Supponendo che le sue pareti abbiano uno spessore di 0.02 dm (2mm) il suo peso nel vuoto sarà di 0.864 Kg + 0.000885 Kg di aria secca alla pressione di 1 Bar contenuti al suo interno (trascurabili, visto il valore della grandezza). Ora, se diciamo che il peso complessivo del nostro cubo è di 0.864 Kg e sposta un dm³ di acqua dolce pari ad 1 Kg, possiamo dire che il nostro cubo riceve una spinta verso l'alto pari a Massa del fluido spostato - Massa del corpo = Spinta Archimedea, cioè 1 - 0.864 = 0.136 Kg Quindi, il nostro cubo di alluminio riceverà una spinta pari a 0.136 Kg e possiamo dire che avrà un assetto positivo. Se ora riempissimo il nostro cubo di aria compressa fino a farvi entrare 0.136 Kg di aria (per fare questo basterebbe pomparvi all'interno aria fino a raggiungere la pressione di 153,6 bar), otterremmo che il cubo avrebbe un assetto neutro. Se, invece, lo riempissimo come una delle nostre bombole da sub, con aria alla pressione di 200 bar, il nostro cubo si troverebbe ad avere un assetto negativo in acqua poiché il peso dell'aria contenuta, sommato al suo, lo porterebbe ad avere una massa maggiore rispetto a quella del fluido spostato.

Tutto questo ragionamento ci serve ora per giungere ad una nuova tesi, basata sul fatto che il nostro cubo di alluminio aveva un volume fisso pari ad 1 dm³, quindi la quantità di gas che vi veniva immessa aumentava di peso specifico con l'incremento della pressione e di conseguenza finiva col variare la massa complessiva del corpo. Se noi pensiamo ora al sacco di un GAV, anziché ad un cubo di alluminio il cui volume è fisso, capiamo che una volta che questo viene immerso in un liquido (acqua) da "sgonfio" sposterà un volume "V" di acqua, il quale sarà approssimativamente pari a zero, ma poi assumerà un valore via via maggiore man mano che verrà "gonfiato". Per proseguire con il ragionamento dobbiamo stabilire che il subacqueo che indossa il GAV abbia una pesata che lo porta ad avere un assetto neutro con il GAV sgonfio (*), di qui otterremo che il sub potrà assumere un assetto positivo "gonfiando" leggermente il GAV. Ed arriviamo finalmente alla risposta al quesito che ha portato alla nascita di questo articolo. Quando il sub si trova ad una data profondità, con un assetto neutro, per ottenere un assetto positivo non fa altro che far variare il volume del GAV insufflando al suo interno aria, la quale ne aumenterà il volume del sacco e quindi il volume di acqua spostato da tutto il complesso "Subacqueo + Attrezzatura" Perciò, dire che un sacco offre una spinta di 25 Kg significa che lo stesso può essere riempito fino a dilatarsi a tal punto da spostare un volume di acqua che pesa 25 Kg, in pratica la spinta data da un sacco di 25 litri in acqua dolce. Tante volte si viene ingannati dal pensiero relativo al fatto che un sub con addosso un'attrezzatura, magari configurata per un'immersione in trimix ipossico a 120 metri, pesa circa 180 - 200 Kg in aria, ma consideriamo quanto pesa questo sub in acqua?!

Ora vorrei fare un'ulteriore precisazione, che risponde alla domanda posta da un altro amico subacqueo: qual è la profondità massima di esercizio del GAV? Ebbene, se abbiamo un sacco da X litri, potremo sfruttarlo fino a che la pressione ambiente assoluta data dalla profondità alla quale ci immergiamo arrivi a far pesare l'aria contenuta al suo interno quanto l'acqua (in pratica circa 1000 Atm); perciò a - 9990 metri il nostro gav non funziona più!! Il fatto di avere un GAV con un sacco da 40 litri, anziché da 15 o da 20, serve per il semplice fatto che il subacqueo che si immerge con un attrezzatura molto pesante, come quella descritta poc'anzi, non ha un assetto positivo nemmeno se toglie tutta la zavorra e quindi ha bisogno di un grosso GAV per contrastare la spinta verso il basso data dal peso in acqua della sua attrezzatura. Infine, mi vorrei scusare con i più esperti di fisica che leggeranno questo articolo, per alcune incongruenze di entità algebrica che certamente avranno notato, e per aver più volte scambiato il significato di massa con quello di peso, ciò è stato a parer mio il dazio da pagare per rendere più chiara e pratica possibile questa spiegazione.

(*) in realtà il sub non ha un volume fisso, ma contenendo il suo corpo dei gas il suo volume è variabile a seconda della pressione assoluta cui è sottoposto, quindi è praticamente impossibile che l'assetto del sub sia neutro a qualsiasi profondità.

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