¿Existe una profundidad a la que un cuerpo humano, con los pulmones llenos de aire, ya no flotará?

El buzo dejaría de ser flotante cuando su densidad promedio coincida con la del agua circundante; donde la densidad es el peso (o la masa) dividido por el volumen. La densidad del agua circundante no va a cambiar mucho con tales profundidades, ya que 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 lo 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 %, lograrán una densidad neutra.

Imagine un hombre adulto de 80 kg (176 libras). Con 985 g/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 buzo 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 un poco más densos que el agua de mar. El volumen del aire en un globo se reduciría 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 buzos libres podrían acercarse o superar la flotabilidad neutra debido a la compresión pulmonar; como mínimo, su flotabilidad se reduciría significativamente.

Complicaciones: las densidades corporales varían; comienzan con los pulmones llenos, lo que reduce su densidad inicial (pero hay una presión más que suficiente para compensar eso); los buenos buceadores tienen una mayor capacidad pulmonar; cualquier equipo usado tendría algún efecto en los cálculos a menos que fuera de flotabilidad neutral en sí mismo, y el agua dulce haría que la flotabilidad neutral fuera mucho más fácil de lograr.

Sin embargo, es bastante creíble que los buceadores en apnea profunda perderían su flotabilidad.

Otros han explicado la física. Solo quiero agregar que aquellos de nosotros con poca grasa corporal podemos tener una flotabilidad negativa 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 la grasa que tenga (ya que la grasa tiene una densidad relativamente baja en comparación con otros materiales corporales).

También hablé personalmente con un buceador libre que confirmó que a una profundidad relativamente poco profunda se vuelven al menos neutralmente flotantes. Esto generalmente 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 te has sumergido lo suficientemente profundo como para que te empiecen a doler los oídos por la presión, has llegado más profundo que el punto en el que deberías 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 volumétrico del agua es extremadamente alto (alrededor de$2.2 \times 10^9\, \mathrm{Pa}$en comparación con la del aire (alrededor de$1.4 \times 10^5\, \mathrm{Pa}$). Entonces, ignorando la parte del problema del cuerpo humano, definitivamente podría comprimir el aire en los pulmones a un volumen lo suficientemente pequeño como para que ya no pueda flotar. Si hace algunas suposiciones simples sobre qué tan flotante es y su capacidad pulmonar, las matemáticas para calcular la presión (y, por lo tanto, la profundidad) necesaria deberían ser simples.

El problema principal es que al comprimir el aire en los pulmones, la caja torácica no es un globo que pueda expandirse o contraerse. Definitivamente hay un volumen mínimo al que se puede comprimir su 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 un poco lentamente para mantener la temperatura del aire en sus pulmones relativamente constante.

Los buzos se hunden porque las orejetas no están llenas de aire. El aire se comprime, por lo que el volumen en los pulmones disminuye. El pulmón comienza lleno en la superficie pero está casi vacío en las profundidades a las que llegan los buceadores.

Para llegar al punto en el que el aire se vuelve lo suficientemente denso como para no flotar, se necesitarían presiones extremas, (muy) aproximadamente 1000 atm, o 10,000 m. Tenga en cuenta que la ley de los gases ideales falla en esas condiciones extremas. En comparación, los buzos alcanzan un máximo de 200 m.