dossier navegació submarina i monturiol.pub

La navegació submarina i Narcís Monturiol. Museu Marítim de Barcelona 1

LA NAVEGACIÓ SUBMARINA I NARCÍS MONTURIOL Educació Primària, ESO Àrea d’Educació i Activitats

EL MÓN SUBMARÍ: PORS I FASCINACIÓ Les profunditats marines han estat sempre un enigma per a l’home. Aquest món vast i desconegut, so-vint terrorífic, ha fet néixer des de sempre innombrables relats farcits de criatures, cadascuna més estra-nya que l’altra, filles totes elles de l’imaginari col·lectiu. Però, al ma-teix temps que l’home projectava vers l’oceà les seves pors a través de tot un catàleg de monstres am-bigus i esgarrifosos, també es dei-xava atrapar en la xarxa de la fasci-nació i la curiositat, i ideava, un re-re l’altre, diferents mètodes que li permetessin endinsar-se en aquelles aigües pro-fundes per arrabassar-ne els seus secrets. El terror: els monstres marins La iconografia de monstres marins ha estat molt rica i variada al llarg de tota la his-tòria, però amb una incidència més marcada tant a l’època clàssica, amb els mites grecs i llatins, com durant tota l’edat mitjana: Caribdis, Escil·la, el Leviatan, el kra-ken, el monstre de Ness... Valguin com a exemple tres criatures sorgides de la ima-ginació i les pors dels nostres avantpassats. La temible Hidra de Lerna Segons la mitologia grega, un sanguinari monstre aquàtic habitava l’antic llac de Lerna. Era l’Hidra, una serp policèfala amb alè verinós a qui Hèracles (Hèrcules en la mitologia romana), va haver d’enfrontar-se en un dels dotze treballs imposats com a càstig per haver mort els seus fills i dos dels seus nebots en un atac de bogeria.


El Leviatan: la bèstia bíblica del mal Procedent de l’hebreu liwyatan, que vol dir “enrotllat”, el mot Leviatan designa un monstre marí de l’Antic Testament associat a Satanàs, que apareix descrit al llibre de Job com un drac paorós: “La seva esquena són fileres d’escuts [...] El seus ester-nuts són cascades lluminoses, els seus ulls, pupil·les de l’aurora; del seu musell en surten flamarades”. El Kraken, el pop gegantí A l’Europa medieval, cap monstre atemoria tant els navegants com el Kraken, una bèstia mítica de les llegendes escandinaves. Segons aquestes, un pop ge-gantí atrapava les naus amb els seus tentacles i les arrossegava cap a les profunditats, ofegant o devo-rant-ne la tripulació. Probablement, l’avistament de calamars gegants reals devia contribuir a la creació d’aquesta llegenda. Tot i així, a mida que s’anava descobrint aquest àmbit desconegut, s’anaven aclarint misteris, però també generant-ne d’altres. Per exemple, a mida que els navegants avançaven cap al sud, que feia més calor, els navegants pensaven que arribaria un moment en que l’aigua, com a conseqüència d’aquesta calor, bullís. O navegar cap a ponent, també era esfereïdor, ja que encara hi havia qui es pensava que la Terra era plana i que, en algun moment, les aigües caurien en una gran cascada. Tot i així, els descobriments que mica en mica es van anar fent van ajudar a acabar amb aquestes creences. Però si era tan terrorífic el fons del mar, per què s’hi van atrevir a entrar els primers investigadors i exploradors dels fons marins? Doncs per la curiositat innata de les persones, que sempre han volgut anar més enllà del conegut. Així, van navegar per aigües inexplorades, i es van atrevir fins i tot a volar.

Les primeres expedicions submarines estan documentades des del segle IV aC, és a dir, fa més de 2.500 anys. Amb una bóta de vi-dre que conservava l’aire a l’interior, es podia observar la vida submarina. Ja al segle XV, és a dir, fa 600 anys, Leonar-do da Vinci va dissenyar un artefacte sem-blant per poder contemplar el fons marí.

Aquests primers invents però, tenien certes mancances (la capacitat de submergir-se i sortir a la superfície, la resistència a la pressió a grans fondàries, ampliar el temps d’immersió amb la generació d’oxigen, o la propulsió), que es van resoldre amb la invenció del submarí.

El Kraken


QUÈ ÉS UN SUBMARÍ? Un submarí és un vaixell que pot navegar tant per la superfície com per sota l’aigua. Però fins arribar als submarins que coneixem avui en dia, es va haver de fer front a una sèrie de reptes que van permetre copsar la navegació submarina amb prou ga-ranties. Els reptes són els següents: ♦ La immersió i l’emersió: S’havia de dominar la flotabilitat d’aquest vaixell, i po-

der fer-lo ascendir o baixar a voluntat; això està directament relacionat amb la densitat d’aquesta nau. Per aconseguir-ho, els submarins havien de disposar d’uns tancs proveïts de vàlvules que permetessin omplir-los d’aire. Per baixar, s’omplien els tancs amb aigua, amb la qual cosa, el vaixell era més dens que l’aigua, i s’enfonsava. En canvi, quan es volia pujar a la superfície, es buidaven els tancs d’aigua introduint aire comprimit per les vàlvules de ventilació i, en pesar menys, el vaixell pujava com si tingués uns flotadors.

Tancs de llast El submarí incorpora uns tancs de llast que es poden omplir i buidar d’aigua a voluntat per tal d’augmentar o disminuir el pes de la nau, i fer-la baixar al fons o pujar a la superfície.

Tancs de llast

Maniobra d’immersió Els tancs de llast s’obren mit-jançant unes vàlvules, s’omplen d’aigua i, en pesar més el conjunt del submarí, la nau pot submergir-se

Maniobra de submersió Injectant aire comprimit, els tancs de llast es buiden d’aigua. En pesar menys l’aire que l’aigua, el submarí pot tornar a la superfície.


♦ La resistència del buc: La pressió de l’aigua, que augmenta a mida que el vai-xell s’enfonsa, era un altre dels enemics del submarí; per resoldre aquest pro-blema, s’havia de fer un buc prou resistent. Una de les solucions (que va pro-posar Monturiol amb el seu Ictineu), va ser la construcció d’un doble casc: un exterior, amb forma de peix, que havia de resistir la pressió, i un altre interior, on anava la tripulació.

♦ La manca d’oxigen: El principal problema per als que se submergien era que

quan es quedaven sense oxigen, després d’estar una bona estona a sota de l’aigua, havien de sortir a respirar. A més, els primers motors que s’hi ins-tal·laren consumien més oxigen i generaven gasos tòxics.

♦ La navegació: Els primers submarins avançaven amb propulsió manual, fent

girar una maneta que impulsava la nau. Més tard es va aplicar la màquina de vapor per a la propulsió, però es feia necessari expulsar els gasos generats. Més endavant es va aplicar el motor de gasolina (diesel a l’actualitat) per a la superfície, i els motors elèctrics per a immersió, i des de 1954, existeixen sub-marins dotats de propulsió nuclear, que els permet navegar submergits durant un temps indefinit (només s‘ha de renovar la càrrega nuclear cada 30 mesos).

Casc exterior

Casc interior


QUI VA INVENTAR EL SUBMARÍ? Com tots els grans invents de la humanitat, el del submarí no va tenir un únic in-ventor, sinó que va ser la conseqüència d’un seguit d’aportacions fetes per diferents inventors al llarg de la història. Les primeres experimentacions amb submergibles es van fer als segles XVI i XVII (algunes amb resultats tràgics), i de mica en mica van començar a agafar cos. Un dels primers intents de construcció d’un submarí es troba en els experiments duts a terme per l’inventor holandès Cornelius Drebbel qui, l’any 1620, va fabricar una barca de sis rems per ban-da, recoberta de pells, amb la qual sem-bla que va navegar alguns quilòmetres pel riu Tàmesi, des de la superfície fins a quatre metres de profunditat. No se sap com s’ho feia perquè els tripulants so-brevisquessin, però l’explicació més con-vincent era que portaven uns tubs que els permetien comunicar amb l’exterior. De fet, era un artefacte més similar a una campana que a un veritable submarí.

Un segle i mig més tard, el 1776, just comen-çada la guerra de la Independència de les co-lònies americanes contra la Corona Britànica, l’inventor nord-americà David Bushnell va idear un aparell per poder col·locar càrregues explosives en les naus de guerra britàniques. El va anomenar Turtle (tortuga) i es tractava d’un vehicle submarí monoplaça que avança-va fent girar manualment una mena de dos grans tirabuixons o cargols d’Arquímedes, l’un d’eix horitzontal i l’altre d’eix vertical. L’aparell es movia amunt o avall utilitzant una bomba manual que treia o injectava aigua a l’interior. Quan el vehicle se submergia, el seu ocupant respirava l’aire que havia quedat a dins de la cambra estanca, fins que s’acabava. Com

hem dit, l’objectiu de Bushnell era enfonsar vaixells britànics, però no ho va aconse-guir. El Turtle es va perdre definitivament en el fons del mar mentre el transporta-ven en un vaixell que es va enfonsar després de ser atacat per una fragata britàni-ca.

El submergible de Drebbel

El Turtle de Bushnell


Uns anys després, el 1800, el també inventor nord-americà Robert Fulton crearia el Nautilus, el primer submergible que més s’assemblava a un veritable submarí. El vehicle disposava d’un habitacle de sis metres cúbics, d’una vela que es desplegava per navegar en superfície i, per desplaçar-se en immersió, duia una hèlice que era accionada manualment pels tripulants. La respiració dels ocupants s’assegurava amb aire comprimit, que permetia la supervivència durant força temps. Fulton va oferir el seu invent a totes les grans potències de l’època: França, Anglaterra, Rús-sia i els Estats Units, però cap d’aquestes no es va mostrar interessada en l’aparell. Arran d’allò, l’inventor va abandonar el desenvolupament de submarins, i el 1807 es va convertir en el primer dissenyador d’un vaixell amb una màquina de vapor i roda de paletes.

Durant el segon terç del segle XIX, i deixant de banda l’Ictineu de Monturiol, destaquen tres aportacions interessants. La primera cor-respon als Brandtaucher de l’enginyer ale-many Wilhelm Bauer, desenvolupats entre 1850 i 1855. Eren molt similars a altres sub-mergibles que s’han comentat: un sol buc de ferro i supervivència dels tripulants mitjan-çant aire comprimit o amb tubs que anaven fins a la superfície de l’aigua. La part motriu, però, era la més innovadora, ja que funcio-nava amb una hèlice accionada per un eix mogut per un sistema de gàbia d’esquirol, amb dos homes que la feien girar. En una de les proves que es van fer, però, l’aparell es va enfonsar sense control i va morir la tripulació sencera: nou homes.

Model del Nautilus de Fulton i esquema del seu disseny interior

Esquema de l’interior del Brandtaucher


El segon desenvolupament d’un submarí va ser el concebut per a la causa sudista l’any 1863, durant la guerra de Secessió nord-americana. Era l’H.L. Hunley, finan-çat per Horace Lawson Hunley i supervisat per oficials de l’exèrcit confederat. El submarí, construït sobre la base d’una caldera de ferro reblonada, de poc més de 12 metres de longitud, era propulsat per una hèlice que es movia mitjançant una ma-novella accionada per vuit homes, i el seu objectiu era col·locar càrregues explosi-ves en el buc dels vaixells nordistes que bloquejaven els ports confederats. Hunley va tenir un final desastrós: només tres immersions, totes involuntàries, i la mort de 23 persones, inclòs ell mateix. El tercer submarí destacat va ser el Plongeur, ideat pel ca-pità de vaixell francès Siméon Bougeois l’any 1859 i constru-ït per l’enginyer naval Charles Brun. Avarat l’any 1864, el Plongeur va resoldre la propul-sió utilitzant aire comprimit. La seva gran longitud (43 metres) es devia al fet que comptava amb 21 cambres estanques amb aire comprimit a 12 atmosferes. L’estabilitat horitzontal, però, no estava ben resolta; segons els documents de l’època, el sistema automàtic de manteniment de l’horitzontalitat era capriciós i inestable. Per entendre millor el poc èxit d’aquests primers submarins, cal tenir en compte que tots podien arribar a molt poca profunditat. Probablement, per a finalitats militars ja era suficient, però no estaven calculats per suportar pressions gaire altes. En molts casos, les proves amb submarins mal dissenyats, o que van caure a més profunditat de la prevista, van acabar amb tràgiques implosions, és a dir, aixafant-se a causa de la diferència entre la pressió exterior i la interior. D’alguna manera, doncs, es pot considerar que cap de les màquines construïdes du-rant el primer i el segon terç del segle XIX era exactament un submarí tal i com s’entén després de l’aparició dels Ictineus de Monturiol, dels quals parlarem en un capítol apart.

Poc després dels Ictineus de Monturiol, Isaac Pe-ral, científic i tinent de navili de la Marina espa-nyola, va construir el primer submarí que va incor-porar un motor elèctric, alimentat per unes bateri-es que es carregaven en superfície des d’un altre vaixell de suport. El Peral, avarat el 1888, no te-nia doble buc, era de ferro i, com que es tractava d’un submarí militar, incorporava també un peris-

copi i tres torpedes. En les proves que va dur a terme, va demostrar que podia na-vegar en immersió, a la profunditat que es determinés, amb un rumb prefixat i en mar obert, i atacar, sense ser vist, vaixells que estiguessin en superfície.

El Plongeur de Bougeois

El submarí Peral


Sovint s’ha polemitzat sobre qui va ser l’inventor del submarí: Monturiol o Peral. En realitat, tant l’un com l’altre van construir el millor submarí que es podia concebre, segons les finalitats de cadascun, en el seu moment i utilitzant totes les possibilitats tècniques de què disposaven. Però Monturiol ho va fer 30 anys abans que Peral, i aquest darrer mai no va negar la influència de l’inventor català en la seva obra, tal com ho demostra la carta d’agraïment que va escriure el 18 de febrer de 1889 per respondre a la felicitació transmesa pel Real Club de Regatas de Barcelona. Ja al segle XX, els submarins van incorporar el mo-tor de gasolina, que al cap de poc temps va ser substituït pel diesel, com els de la classe Holland, els més utilitzats pels alemanys a la Primera Guerra Mundial. Es poden considerar com els primers sub-marins en el sentit total i modern del terme. Les dues guerres mundials, de fet, van significar un avenç en el desenvolupament del submarí. L’armada alemanya va ser l’abanderada d’aquest tipus de guerra, en tots dos conflictes, i va arribar al seu màxim grau de desenvolu-pament amb els famosos i temuts U-Boote.

Després de la Segona Guerra Mundial, el 1954, va entrar en funcionament el primer submarí de propulsió nuclear, el Nautilus, que el 1958 va travessar submergit el cas-quet polar àrtic; el 1960, el submarí Tritó va fer la pri-mera volta al món per sota de l’aigua.

Submarí nuclear Tritó

Exemple de U-Boot alemany


ELS SUBMARINS DE MONTURIOL A mitjans del segle XIX, els projectes per crear una nau capaç de submergir-se eren aïllats i sense repercussions posteriors. Però aleshores va aparèixer Narcís Monturiol amb els seus projectes, que van te-nir moltes conseqüències, i van ser molt aprofitats per inventors posteriors. Monturiol va néixer a Figueres, i se’l coneix sobretot per la seva faceta d’inventor. Però... Per què un submarí? L’origen de l’Ictineu Des de l’antiguitat, el corall ha estat sempre un material molt preuat en la decoració d’elements sumptuaris i, durant segles, s’ha generat al seu voltant una important indústria extractora i manufacturera. Però, especialment al segle XIX, eren innom-brables els objectes d’ornament personal que incloïen el corall en la seva fabricació. A Catalunya, a les costes del cap de Creus, el corall hi era abundant i els pescadors de l’època el recollien amb molt risc: es capbussaven dins del mar molta estona i a molta profunditat, i sovint en sortien malalts a causa de l’esforç i, sobretot, dels efectes de l’apnea, dels canvis de pressió i del consegüent nitrogen dissolt a la sang que, en ocasions, els duien fins i tot a la mort. Durant les seves estades a Cadaquès, fruit del seu exili per raons polítiques,Narcís Monturiol va ser testimoni de la duresa de la feina dels coralers. Per això, el 1857, a l’edat de 38 anys, es va proposar construir un vaixell submarí que, en alguna de les seves versions, podria servir per recollir corall i contribuir a evitar el patiment d’aquells pescadors. A aquest vaixell, Monturiol li va donar el nom d’Ictineu, que significa peix-nau.

Retrat de Narcís Monturiol


Definició de les funcions d’un submarí En concebre l’Ictineu, Monturiol va enumerar les funcions principals que havia de complir un vaixell submarí i, per a cadascuna d’aquestes, va buscar les solucions més escaients. 1. Immersió dins del mar: doble buc que permeti baixar a grans profunditats

(buc intern) i que sigui hidrodinàmic (buc extern) - aquesta va ser també la solució adoptada per Jules Verne en el seu Nautilus -, i veixigues natatòries per pujar i baixar.

2. Aturada a voluntat: sistemes que donin estabilitat en els tres eixos, incorpo-rant uns dispositius pesants que es puguin desplaçar longitudinalment i fixar.

3. Navegació en tots els sentis: la nau s’ha de poder desplaçar en vertical i en horitzontal, i realitzar canvis de rumb; això s’aconsegueix amb hèlices laterals i veixigues natatòries.

4. Retorn a la superfície: hèlices, veixigues i, eventualment, deixar anar llast. Sistemes que permetin l’ascensió sense risc.

5. Immersió indefinida, sense comunicació amb l’atmosfera externa: màquina de vapor interna que no produeixi gasos nocius; generació d’oxigen a partir de minerals sòlids; eliminació química de l’anhídrid carbònic i d’altres hu-mors o miasmes. És a dir, creació de l’atmosfera ictinea.

Tot i que en aquest primer llistat de requeriments no apareixien explícitament les eines per recollir mostres del fons del mar ni la forma d’il·luminació, Monturiol les va incloure en escrits posteriors. Pel que fa aquesta darrera, la il·luminació exterior a l’Ictineu es resolia amb llums de gas oxhídric, i a l’interior amb espelmes.

Com havien de funcionar els Ictineus


Després de trobar finançament, Monturiol va començar la construcció dels seus Icti-neus. L’Ictineu I va ser posat a l’aigua l’any 1859 i si bé va despertar molt poc inte-rès per part de les institucions i de l’exèrcit, la població civil s’hi entusiasmà i el se-gon Ictineu, avarat el 1864, es va sufragar amb aportacions populars. L’Ictineu II fou el primer submarí a motor que navegà per sota l’aigua i el primer que anà dotat d’una atmosfera artificial que es regenerava indefinidament. Monturiol intentà vendre el seu projecte, modificat (substituint els elements desti-nats a la pesca per un canó), al Ministeri de Marina sense èxit, i finalment l’Ictineu II va ser embargat i venut com a ferralla.

Rèplica de l’Ictineu I, al jardí del Museu Marítim de Barcelona

L’Ictineu II, en una imatge antiga


Aquests submarins es caracteritzaven per tenir els següents trets: ICTINEU I Mides 7 metres d’eslora (llarg), 2,5 metres de mànega (ample) i 3’5 metres d’alçada. Oxigen Disposaven, només, d’aquell que hi havia dins el buc, i les immersions finalitzaven quan s’extingia l’aire. Llum Per a la il·luminació interior s’usaven espelmes. Pressió Els dos Ictineus disposaven d’un doble buc de fusta d’olivera Propulsió A partir d’una hèlix accionada manualment per 4 homes Entre els dos cascs hi havia els dipòsits de llast que per a la immersió s’omplien d’aigua i per a l’emersió es buidaven mitjançant la injecció d’aire comprimit. ICTINEU II Mides 17 metres d’eslora (llarg), 3 metres de mànega (ample) i 3,5 metres d’alçada. Capacitat Tenia capacitat per a vint tripulants. Propulsió i oxigen Dotat amb dues màquines de vapor, una per a la navegació en superfície i l’altra per a la submarina. El combustible era una barreja de zinc, peròxid de manganès i clorat de potassa, amb la qual es creava una reacció que desprenia oxigen, que permetia la regenera-ció indefinida de l’atmosfera, i alhora prou calor per fer anar la màquina de vapor. Doble casc de fusta L’exterior de 17 m. d’eslora per 3 de mànega, i l’interior amb capacitat per a 20 tri-pulants.


Tracció de la nau En un principi la propulsió seguia la pauta del primer, amb una hèlix accionada per 16 homes, però davant l’escàs rendiment del sistema, dos anys més tard es canvià per dues màquines de vapor. El combustible utilitzat (una barreja de zinc, clorat de potassa i peròxid de manganès) reaccionava desprenent oxigen, que servia per re-generar l’aire. Immersió Per tancs d’aigua. Donava la seva nova funció de caire bèl·lic, se li afegí un canó de 10 cm. de cali-bre que es carregava i disparava dins l’aigua. El segon Ictineu va realitzar 13 immersions a una profunditat de 30 metres. Conclusió Narcís Monturiol va haver d’abandonar els seus treballs l’any 1868, quan es va que-dar sense diners per continuar investigant i l’Ictineu II va ser embargat i desballes-tat. Durant les tres dècades que quedaven per acabar el segle XIX i la primera dè-cada del segle XX altres inventors van recollir el testimoni del geni català i van dis-senyar nous ginys submarins, especialment a Europa, però la majoria van ser mà-quines de guerra pensades per destruir l’enemic. Això no significa que la humanitat hagués perdut curiositat científica o que el desig de conèixer els secrets de les pro-funditats marines s’hagués esvaït. Ans al contrari, aquest s’anava fent més fort cada vegada, com ho demostren el gran nombre d’expedicions científiques que es van dur a terme al llarg de tot el segle XIX i durant les primeres dècades del XX. El na-turalista anglès Charles Darwin, en el seu viatge a bord del Beagle (del 1831 a 1836), i molts altres, van recollir mostres del fons del mar i es van interessar per la vida a les profunditats marines. De fet, a principi del segle XX, molts països disposa-ven de vaixells oceanogràfics, com el Travailleur i el Talisman francesos, o l’Hirondelle i el Princesse Alice del Principat de Mònaco. Però en aquella època, pocs científics, inventors i enginyers—especialment els que no eren militars—disposaven del capital suficient per tirar endavant dissenys de vai-xells submarins, i els que ho aconseguien eren, la majoria de vegades, finançats pels ministeris de Marina o de Guerra de les grans potències. Això determinava l’objectiu i l’ús dels seus ginys i també els requeriments i les innovacions tecnològi-ques aplicables. No seria fins al final de la Segona Guerra Mundial quan la construc-ció de submarins i submergibles donaria un tomb i el seu vessant civil adquiriria una importància mai vista fins aleshores.


SABIES QUE...? Informacions i curiositats entorn el món dels submarins


PRINCIPIS BÀSICS SABIES QUE... Principi d’Arquímedes (230 aC). Qualsevol cos insoluble, totalment o par-cial submergit en un fluid, experimenta una força vertical que l’empeny cap amunt, i que és igual al pes del fluid que desallotja, és a dir, al pes del fluid des-plaçat en submergir-hi el cos. Si l’objecte pesa més que l’aigua que desallotja, s’enfonsa. Si pesa menys, su-ra. Exemples: ♦ Un vaixell de passatgers pesa molt i

sura perquè el volum d’aigua que desplaça pesa més que el vaixell.

♦ Una pilota sura perquè pesa molt poc comparat amb el pes de l’aigua que desplaça.

♦ Una moneda s’enfonsa perquè pesa més que el volum de l’aigua que desplaça.

El pes de l’atmosfera. Experiment de Torricelli (1643) La terra està envoltada d’una capa d’aire anomenada atmosfera. Aquest aire pesa. A partir dels experiments de Torricelli, deixeble de Galileu, del 1643, sabem que el pes de l’aire que suportem és l’equivalent a 760 mm de columna de mercuri, que també és equivalent a uns 10 m de columna d’aigua. L’experiment de Torricelli és molt senzill de realitzar: s’agafa un tub de vidre d’1 metre de llargada i s’omple de mercuri, a

continuació se’l col·loca invertit sobre un recipient on ja hi ha mercuri. El mercuri del tub baixa fins a fer una columna de 0,76 m. I ja no baixa més. Com s’interpreta aquest comportament? Doncs de la següent manera: en baixar el mercuri del tub es fa el buit en la part superior i per tant no s’hi exerceix pres-sió, la columna de mercuri resultant fa una pressió sobre el mercuri del recipient que queda compensada per la pressió que fa l’aire en la superfície del mercuri. Aquesta pressió s’anomena pressió at-mosfèrica. Si en lloc de mercuri s’utilitzés aigua i com que l’aigua pesa 13,3 vegades menys que el mercuri, per obtenir el ma-teix pes caldria usar un tub més llarg ja que l’aigua hauria de tenir una alçada de 0,76*13,33 = 10,131 m. Així doncs, els pes de l’atmosfera d’aire a nivell del mar és el mateix que el de 10,131 metres d’aigua. Aquesta pressió s’ha convingut en anomenar-la precisa-ment una atmosfera. Tècnicament s’anomena un bar. El pes d’una columna d’aigua de 10,131 m i d’una secció d’1 cm2 és d’1,0131 Kg. o sigui que una atmosfera és aproxima-dament equivalent a una pressió d’1 Kg. per centímetre quadrat.


SABIES QUE... La mesura de la pressió en els fluids. El baròmetre. El manòmetre. L’altímetre (1643) En fer el seu experiment Torricelli va de-mostrar què era la pressió i de quina ma-nera es podia mesurar. Per tant va in-ventar també els conceptes de manòme-tre, de baròmetre i d’altímetre, variacions de l’equip de Torricelli destinats a mesu-rar pressions. De fet el concepte manòmetre integra tots els instruments de mesura de la pressió. El baròmetre i l’altímetre són manòmetres específics que s’usen per mesurar pressions inferiors a 1,2 atmos-feres. El manòmetre s’usa, en general, per mesurar pressions més altes d’una atmosfera. Els manòmetres són instruments de pre-cisió de mides reduïdes que porten un petit dipòsit amb una paret sensible a la pressió, amb una pressió calibrada a l’interior, que contrasten la diferència en-tre la pressió exterior i l’interior mesurant el moviment de la paret. El moviment és amplificat mecànicament o electrònica-ment de forma que sigui utilitzable sense problemes. Exemples: ♦ Baròmetre. El pes de l’aire no

sempre és exactament una atmos-fera. Oscil·la depenent de les condi-cions climatològiques. Pressió at-mosfèrica o baromètrica alta indica tendència al bon temps, pressió bai-xa indica tendència al mal temps.

♦ Altímetre. La pressió atmosfèrica disminueix amb l’altura. Com més amunt menys aire queda a sobre. Per tant la mesura de la pressió feta

al nivell del mar i feta a una deter-minada altura ens donarà dos va-lors que es poden relacionar per calcular l’esmentada altura.

♦ Manòmetre. La pressió al fons del mar augmenta d’una atmosfera ca-da 10 metres. Per mesurar pressi-ons al fons del mar s’usa un manò-metre. Els instruments per mesurar la pressió dels pneumàtics són ma-nòmetres, i també ho són els apa-rells mèdics per mesurar la tensió arterial.

Transmissió de la pressió en els fluids. Principi de Pascal (abans 1662) En física, el principi de Pascal afirma que qualsevol pressió exterior exercida sobre un líquid tancat i en repòs, i que ompli totalment el recipient que el conté, es transmet íntegrament a tots els punts del líquid i actua en totes les direccions. Això significa que si s’exerceix una pres-sió exterior sobre un líquid en repòs en un recipient, el líquid exercirà una pres-sió de la mateixa intensitat sobre el propi recipient i sobre qualsevol altre cos que hi estigui en contacte. Aquesta pressió sempre actua perpendicularment a la su-perfície del cos sigui quina sigui la seva posició. És per això que es diu que la pressió es transmet en totes direccions.


Exemples: ♦ El Principi de Pascal es pot compro-

var utilitzant una esfera buida, per-forada en diferents llocs i proveïda d’un èmbol. En omplir l’esfera amb aigua i empènyer-la mitjançant un èmbol, s’observa que l’aigua surt per tots els forats amb la mateixa pressió.

♦ Les premses hidràuliques funcionen sota el Principi de Pascal.

♦ Tota la ciència i la tecnologia hi-dràulica i pneumàtica es basa en el Principi de Pascal.

Pressió i volum són inversament proporcionals en els gasos. Llei de Boyle-Mariotte (1662) La llei de Boyle (o llei de Boyle-Mariotte) és una de les leis dels gasos perfectes. Robert Boyle (1627-1691), na-turalista irlandès, la descubrí el 1662. Edme Mariotte (1620-1684) va ser un físic francès que la descobrí de manera independent el 1676, i per tant indistinta-ment s’anomena llei de Mariotte o llei de Boyle-Mariotte. La llei estableix que si la temperatura i la massa del gas ro-manen constants, la pressió (P) i el vo-lum (V) són inversament proporcionals. Matemàticament s’expressaria: on k és una constant. Exemples: ♦ Si una pilota de goma inflada lleu-

gerament per sobre de la pressió atmosfèrica se submergeix dins de l’aigua fins a una profunditat de 10 m, estarà sotmesa al doble de la

pressió interior, per tant el volum passarà a la meitat (la pilota s’arrugarà).

♦ Si la mateixa pilota es porta al cim de l’Everest, on la pressió està al voltant de les 0,333 atmosferes, s’inflarà fins que el volum passi a ser el triple.

Relació entre volum i temperatura en els gasos. Llei de Charles i Gay-Lussac (1787) La llei de Charles i/o Gay-Lussac, en què s’explica les lleis dels gasos ideals, relaciona el volum i la temperatura d’una certa quantitat de gas ideal, mantingut a una pressió constant, mitjançant una constant de proporcionalitat directa. En aquesta llei, Charles diu que a una pres-sió constant, en augmentar la temperatu-ra, el volum del gas augmenta i en dismi-nuir la temperatura el volum del gas dis-minueix. Això es deu a que “temperatura” significa moviment de les partícules. Així que, a més gran movi-ment de les partícules (temperatura), més gran volum del gas. La llei va ser publicada primer per Louis Joseph Gay-Lussac, el 1802, però feia referència al treball no publicat de Jacques Charles, de voltant de 1787, cosa que va conduir que la llei sigui usualment atribuïda a Charles. La llei de Charles és una de les més im-portants sobre el comportament dels ga-sos, i ha estat usada de moltes formes diferents, des de globus d’aire calent fins a aquaris.


S’expressa per la fórmula: On: ♦ V és el volum. ♦ T és la temperatura absoluta (és a

dir, mesurada en graus Kelvin) ♦ k és la constant de proporcionalitat. Exemples: ♦ En un tub d’assaig es diposita una

mica d’aigua i es tapa el tub amb un suro, després es comença a es-calfar el tub amb un encenedor, el gas que hi havia dins del tub (el va-por generat per l’aigua i l’aire) co-mençarà a expandir-se, tant que necessita una via d’escapament, així que al final el suro salta.

♦ Es col·loca un globus de cautxú com tap d’una ampolla. S’escalfa l’ampolla. Al cap d’un temps el gas s’expandirà fins a inflar el globus.

♦ Es col·loca un globus inflat total-ment en una nevera. L’aire en re-fredar-se se n’anirà comprimint. Al cap d’un temps veurem el globus una mica desinflat.

Llei General dels Gasos Ideals (1797) Un gas ideal és un gas que té les seves molècules totalment lliures i no hi ha cap interacció entre elles. Les molècules es mouen de forma rectilínia xocant entre sí i amb les parets del recipient que les conté sense cap intercanvi d’energia. Els gasos ideals no existeixen, però qual-sevol gas real es pot comportar aproxi-

madament com un ideal depenent de les condicions en les quals es trobi. El com-portament dels gasos perfectes (o ideals) està marcat per la Llei General dels Gasos Ideals, que s’obté si s’observa conjuntament la llei de Boyle-Mariotte, la llei de Charles i Gay-Lussac, i d’altres que les complementen; i que descriu la rela-ció entre pressió, volum, temperatura i quantitat de gas. L’equació matemàtica que defineix aquesta llei és: P·V = n·R·T On: ♦ P = pressió, en atmosferes (atm) ♦ V = volum, en litres (l) ♦ n = nombre de mols ♦ T = temperatura, en graus kelvin

(k) ♦ R = constant dels gasos. El seu va-

lor és aproximadament 0,082 atm·l/k·mol.

Exemples: ♦ D’aquesta Llei se’n pot deduir la Llei

de Boyle-Mariotte que diu que la pressió pel volum d’un gas contin-gut en un recipient és una constant, sempre que no variï la temperatura.

♦ També se’n pot deduir la Llei de Charles i Gay-Lussac, que diu que a pressió constant el volum d’un gas contingut en un recipient és propor-cional a la seva temperatura abso-luta.


Monturiol i el càlcul del volum d’oxigen a partir de productes oxi-genats Monturiol va experimentar diversos mè-todes per generar oxigen a partir de mi-nerals oxigenats. Un d’ells consistia a dis-sociar el clorat de potassa segons la re-acció: ClO3K 3O + ClK que modernament s’escriu ClO3K 3/2O2 + ClK, ja que l’oxigen molecular està compost de dos àtoms d’oxigen i s’expressa com O2. Al llarg del segle XIX s’anaven coneixent els pesos atòmics dels elements (no obs-tant la Taula Periòdica de Mendeleiev no fou anunciada fins el 1869) i per tant co-mençava a estar clara la relació entre pe-sos de reactius i pesos de productes ob-tinguts en la reacció, o sigui l’estequiometria. El primer que enuncià els principis de l’estequiometria fou Jere-mias Benjamin Richter (1762-1807), que el 1792 escrigué: L’estequiometria és la ciència que mesu-ra les proporcions quantitatives o relaci-ons de massa en les que els elements químics estan implicats. Monturiol va fer experiments amb els ele-ments que podia trobar a les drogueries i va arribar a la conclusió que: 1 Kg. de clorat de potassa produeix 150 litres d’oxigen a 2 atmosferes, o sigui 300 litres a una atmosfera, segons la Llei de Boyle-Mariotte. Si es calcula científicament, un mol de clorat de potassa ClO3K produeix 3/2 mols d’oxigen segons la reacció Cl=3K 3/202 + ClK. Els pesos atò-mics del Cl=35,5, de l’Oxigen=8 i del K=19 donen un mol, o sigui, 78,5 grams

de clorat de potassa que generen 3/2 mols d’O2, o sigui 3/2 de 22,4 litres = 33,6 litres. D’aquí que d’1 Kg. de clorat de potassa, segons aquesta llei, Monturi-ol n’havia d’obtenir 428 litres d’oxigen (a 0ºC i a 1 atmosfera). Com que la tempe-ratura de l’Ictineu era d’uns 30ºC, o sigui 303ºK, s’obtindria, segons la llei de Char-les/Gay-Lussac més volum d’oxigen, 428*303/273 = 475 litres. Pressions parcials en els gasos. Llei de Dalton o de les pressions parcials (1810) La llei de Dalton o de les pressions par-cials, és una extensió de la Llei dels Ga-sos Ideals. És deguda a John Dalton, quí-mic i físic anglès, i estableix que la pres-sió total que exerceix una barreja de ga-sos és igual a la suma de les pressions parcials que exerceixen individualment cadascun dels gasos que composen la barreja. En una barreja de gasos ideals, es defi-neix la pressió parcial d’un component i, pi, com aquella que exerciria si ocupés ell tot sol el volum de la barreja a la mateixa temperatura, és a dir:


Aquesta definició té la seva utilitat per-què quan se sumen les pressions parcials de tots els gasos que constitueixen la mescla, s’obté la pressió total que aques-ta exerceix: Aquesta relació, segons la qual la pressió de la mescla és la suma de les pressions parcials, és l’expressió matemàtica de la Llei de Dalton. Pressió i profunditat. La borratxera de les profunditats (1930) Quan un submarinista se submergeix su-porta en cada moment una pressió degu-da al pes de l’aigua que té a sobre. La pressió augmenta d’una atmosfera cada 10 metres. El submarinista a 30 m supor-ta 4 atmosferes, la pressió atmosfèrica de la superfície més les tres atmosferes de l’aigua a aquella profunditat. D’altra part se sap que l’aire està compost apro-ximadament de quatre parts de nitrogen i d’una part d’oxigen. Si el submarinista està sotmès a 4 atmosferes i, segons la Llei de Dalton, les pressions parcials d’oxigen i nitrogen són proporcionals a la relació de volums, resulta que està sot-mès a una pressió parcial d’oxigen de 0,8 atmosferes, i a una pressió parcial de ni-trogen de 3,2 atmosferes. S’anomena la borratxera o narcosi de les profunditats als canvis que sofreix l’organisme humà quan la pressió parcial del nitrogen en l’aire que respira és supe-rior a les 3,2 atmosferes. En respirar a aquesta pressió el nitrogen es dissol a la sang i en els teixits nerviosos i produeix uns efectes en el comportament sem-blants a la borratxera: eufòria, manca de

coordinació, pèrdua de motricitat, falta d’inhibició en les reaccions, angoixa, pro-blemes de visió (efecte túnel), desapari-ció de la noció de temps, sensació de so-litud, pèrdua de la capacitat d’interpretació de fets o de percepcions, retard en les reaccions, acabant amb la negació de l’evidència. Si se sobrepassa aquesta profunditat s’arriba a la pèrdua de coneixement. Aquests efectes foren descoberts el 1930. El submarinista que ha sofert aquesta narcosi ha de ser re-conduït a menys profunditat i ha de se-guir el protocol de descompressió, de forma que passi l’efecte de la narcosi i que el nitrogen es vagi dissolent a la sang sense passar a gas, que com se sap produiria embòlies. Alguns factors ambientals o de la pròpia persona són considerats com agreujants: fred, alcohol, droga, estrès, fatiga. Per tal de disminuir la influència del ni-trogen s’utilitza per respirar a profundi-tats superiors als 30 metres una barreja de gasos que té menys o gens nitrogen i s’hi afegeix heli o d’altres gasos inerts. Els productes són entre d’altres: Argox (argó i oxigen), Nitrox (nitrogen i oxigen en diferents proporcions), Heliox (heli i oxigen), Trimix (nitrogen, heli i oxigen), Hydrox (heli, nitrogen i oxigen). Les pro-funditats que s’atenyen amb aquestes mescles poden ser de fins a 700 m.


Les cambres hiperbàriques Les cambres hiperbàriques són una de les especialitats de la societat francesa Comex. S’utilitzen normalment per trac-tar els accidents de descompressió i te-nen per finalitat reproduir les condicions baromètriques a que estava sotmès el bussejador accidentat. S’usen quan el bussejador no respecta la taula de des-compressió i/o la velocitat d’ascens. També s’usen si es vol efectuar la des-compressió d’aquesta manera en busseig en plataformes petrolieres o submarins. El mètode és introduir el bussejador a la cambra hiperbàrica i sotmetre’l a una pressió equivalent a la que va suportar en el descens i a continuació descompri-mir-lo respectant les taules de temps i parades. En els submarins tipus SAGA els submarinistes entren directament des de l’exterior a la cambra hiperbàrica que ja està a la mateixa pressió exterior. A par-tir d’aquest moment es fa la descompres-sió ordenadament. Bombes d’hidrogen a Palomares, Al-meria (1966) El 1966, degut a un xoc a l’aire entre un avió d’avituallament i un bombarder americà, Fortalesa Volant B-52, varen caure els dos avions i 4 bombes d’hidrogen a Palomares, Almeria. Tres varen caure a terra on varen contaminar amb plutoni unes bones extensions de terreny. Una de les bombes va caure al mar i va quedar dipositada a 570 m de profunditat. La bomba era 50 vegades més potent que la d’Hiroshima i 280 ve-gades més potent que totes les bombes llançades sobre Alemanya en un raid de

1.000 bombarders a la Segona Guerra Mundial. El rescat es feu amb tres submergibles actius i un de suport. El Deep Jeep (600 m) arribà a Almeria en avió en dos dies i l’Alvin (5.000 m) i l’Aluminaut (3.000 m) arribaren al cap de 8 o 10 dies per mar. El quart submarí fou el Perry PC3-B (180 m) que es dedicà a espigolar pels vol-tants sense intervenir directament en el rescat. Els tres submarins principals tre-ballaren conjuntament (i sigil·losament) colze per colze intentant localitzar la bomba. Quan sis setmanes més tard la localitzaren, com que els mètodes de po-sicionament encara eren poc precisos, un d’ells romania sempre a prop, i perma-nentment en contacte visual amb la bom-ba, mentre un altre pujava a carregar bateries. Uns quants mesos després aconseguiren recuperar-la. El PC3-B que feia de drapaire, recollint totes les restes dels avions que havien caigut al mar, va trobar un galió del se-gle XVI entre els sediments a 40 m de profunditat. L’Alvin s’enfonsa i l’Aluminaut el re-cupera (1968) L’any 1968 l’Alvin s’enfonsà en una mala maniobra a Cape Cod, prop de l’illa de Nantucket, davant de Boston, encara que els tripulants pogueren eixir-ne. Va que-dar dipositat a 1.700 m. El DOWD de Ge-neral Motors fou enviat ràpidament al lloc on s’havia enfonsat l’Alvin però no va aconseguir localitzar-lo i va haver d’abandonar la recerca perquè s’acostava l’hivern, que en aquells paratges és molt cru.


L’estiu de 1969 l’Aluminaut va ser enviat a fer el rescat, es va submergir, va loca-litzar l’Alvin i el va fotografiar. En succes-sives immersions, com que l’escotilla d’entrada de l’Alvin havia quedat oberta, es va aconseguir, usant els manipula-dors, rebentar una part de fibra de vidre de l’Alvin i pescar-lo. El vaixell-dida Mizar el va issar a la superfície. Els científics es preocupen per les profunditats. Les expedicions del Beagle i del Challenger (1831-1836 i 1872-1876) Des de sempre els científics havien vol-gut saber què hi havia en el mar i sobre-tot més avall de la superfície del mar. El 1831 el bergantí de dos pals Beagle amb el jove naturalista Charles Darwin a bord va iniciar un viatge de 5 anys en el que va donar la volta al món. Darwin, estava comissionat pel rei d’Anglaterra i la seva missió era conèixer el món des del punt de vista d’un naturalista. El viat-ge li va permetre d’estudiar les caracte-rístiques geològiques de terres diverses i d’observar una enorme varietat de fòssils i d’espècies animals i vegetals; també en va recollir nombroses mostres que, en havent tornat a Anglaterra, va ordenar i classificar minuciosament. Tot plegat va fer que comencés a plantejar-se interro-gants sobre els orígens dels éssers vius que habitaven el planeta. El 1859 Darwin publicà el llibre L’Origen de les Espècies per mitjà de la Selecció Natural. El llibre, que planteja per primer cop la teoria de l’evolució, va disparar un desig extrem per conèixer més profundament la mane-ra de treballar de la natura.

El 1872 l’Almirall britànic va tornar a po-sar a disposició de la ciència un vaixell, a vela i vapor, el Challenger, per donar la volta al món en 4 anys. El Challenger te-nia diverses missions, una d’elles era di-buixar mapes dels mars coneguts. Una altra, mesurar les profunditats marines amb sondes amb ploms. Una tercera era extreure mostres del fons de l’oceà. Fins en aquell moment els científics no sabien com eren de profunds els mars i els oce-ans, i no sabien en absolut si hi havia vi-da, animal o vegetal, més avall d’uns centenars de metres. La lògica i els co-neixements del moment els deia que on no hi arribava la llum no hi havia fotosín-tesi i per tant no hi havia vida vegetal. Els reports de l’expedició del Challenger des del punt de vista biològic foren de gran importància pel posterior desenvo-lupament de la biologia marina. Es va concloure, per exemple, que hi havia vi-da fins quilòmetres avall i que la fauna de les profunditats no era “antiga” en el sentit que no s’assemblava a la fauna trobada en jaciments fòssils. Aquesta ex-pedició va marcar el naixement de la mo-derna oceanografia. Al tombat del segle XX totes les grans potències tenien vaixells oce-anogràfics. A França tenien el Tra-vailleur i el Talisman, però sobretot el prìncep Albert de Mònaco, el 1901, va fer una sèrie de campa-nyes a l’Atlàntic tropical a bord dels vaixells Hirondelle i Princesse Alice on va deixar anar xarxes fins tocar fons i va recollir material de més de 6.000 metres de profunditat. En les xarxes hi havia diverses espècies d’estrelles de mar i també peixos.


WEBS PER EXPLORAR A continuació us proposem una sèrie de llocs web que podeu explorar per aprofun-dir una mica més en el tema dels submarins: 1. CONSTRUÏM UN SUBMARÍ D’AIRE Experiment del dimoniet de Descartes explicat per Jordi Mazón, professor de Física Aplicada. UPC Vídeo:: http://www.recercaenaccio.cat/experimenta/construim-un-submari-daire/ 2. UN SUBMARÍ ACTUAL PER DINS Recorregut tridimensional per l’interior del submarí HMS Ocelot. https://www.google.co.uk/maps/@51.3956024,0.5261914,3a,75y,290.37h,58.8t/data=!3m7!1e1!3m5!1ss4oxPeKMY-IAAAQJOMnFFQ!2e0!3e2!7i13312!8i6656 3. PROJECTE ICTINEU Institut Narcís Monturiol: Recursos Per treballar el fons del mar a Educació Infantil i Primer Cicle de Primària, elaborats pels alumnes de l’institut. http://www.iesmonturiol.net/ictineu/projecte.html

dossier navegació submarina i monturiol.pub

Documents