La ley de Boyle-Mariotte en el buceo
Después de haber revisado conceptos clave como la presión y la flotabilidad, esenciales para entender fenómenos como el buceo, abordaremos ahora cómo se comportan los gases cuando experimentan cambios en su entorno. En este contexto, analizaremos su comportamiento en un ejemplo fundamental de esta actividad deportiva: la respiración en los pulmones. Para estudiar esta situación, nos tenemos que valer de una de las tres leyes de los gases: la ley de Boyle-Mariotte.
.
Audio
Repasa las leyes de los gases
Las tres leyes fundamentales de los gases describen el comportamiento de los gases bajo diversas condiciones, y permiten predecir sus valores de presión, volumen y temperatura.
Ley de Boyle-Mariotte
Esta ley establece que, a temperatura constante, el volumen de una masa de gas es inversamente proporcional a la presión que ejerce.
Esto quiere decir que si la presión de un gas aumenta, su volumen disminuye; y viceversa.
Matemáticamente, esta ley se expresa mediante la ecuación: P · V = cte
Partiendo de esa fórmula, podemos relacionar la presión y el volumen de un gas antes (1) y después (2) de que cambien sus condiciones, de la siguiente forma:
P1 · V1 = P2 · V2
Ley de Charles
Esta ley establece que, a presión constante, el volumen de una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (medida en Kelvin).
Esto quiere decir que si la temperatura de un gas aumenta, su volumen también aumenta; y viceversa.
Matemáticamente, esta ley se expresa mediante la ecuación: V / T = cte
Partiendo de esa fórmula, podemos relacionar el volumen y la temperatura de un gas antes (1) y después (2) de que le ocurra un cambio, de la siguiente forma:
$$ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} $$
Ley de Gay-Lussac
Esta ley afirma que, a volumen constante, la presión de una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (medida en Kelvin).
Esto quiere decir que si la presión de un gas aumenta, su temperatura también aumenta; y viceversa.
Matemáticamente, esta ley se expresa mediante la ecuación: P / T = cte
Partiendo de esa fórmula, podemos relacionar la presión y la temperatura de un gas antes (1) y después (2) de que le ocurra un cambio, de la siguiente forma:
$$ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} $$
A medida que un buceador desciende en el agua, la presión sobre él aumenta debido a que el peso de la columna de agua encima de él se incrementa. En estas profundidades, podemos considerar que la temperatura del aire que respira es prácticamente constante, por lo que el comportamiento de ese gas se puede describir mediante la ley de Boyle-Mariotte.
Los pulmones son cavidades de paredes flexibles, que cambian de volumen al agrandarse o empequeñecerse durante el proceso de respiración. Según la ley de Boyle-Mariotte, cuando el buzo desciende en el mar, el volumen de aire inhalado en los pulmones se reduce porque la presión externa aumenta, ya que ambas magnitudes son inversamente proporcionales. Esto ocurre mientras el buzo sostiene una inhalación (practique apnea), lo que provoca que sus pulmones se compriman. En cambio, si continúa inhalando aire con regularidad, conseguirá que el volumen de sus pulmones se mantenga prácticamente constante.
Lo contrario sucede al ascender, y esto es especialmente importante como medida de seguridad: al ascender, la presión externa disminuye, lo que hace que el volumen de aire en los pulmones se expanda. Si la ascensión se realiza de forma rápida, o sosteniendo una inhalación (apnea), no se le da al cuerpo humano tiempo suficiente a evacuar el gas de las cavidades que lo contienen (pulmones principalmente, pero también senos paranasales, oído interno, etc.), lo que puede resultar peligroso porque este aire se expandirá, causando daño o lesiones si no se realiza una ascensión controlada.
¡Ver para creer!
Apoyo visual
Visualiza cómo el aire se comprime en los pulmones durante el buceo libre o apnea en este vídeo.