[스크랩] 잠수물리

잠수물리

 

보일의 법칙 [Boyles Law]
보일은 압력이 증가하거나 감소하면, 기체의 부피는 그에 반비례하여 감소, 증가한다는 것을 밝혀낸 사람이다. 즉 압력이 높아지면 그에 반비례하여 부피는 줄어들고, 압력이 낮아지면 기체의 부피는 커지는 것이다. 이때의 압력은 절대압을 적용시킨다.
예를 들어 절대압이 1인 수면에서 부피가 4리터인 풍선을 가지고 절대압이 2 대기압이 되는 수심 10m로 하강하면 풍선의 부피는 2리터, 절대압이 4 대기압이 되는 수심 30m로 내려가면 풍선은 1리터로 줄어드는 것이다. 이 원리는 공기색전증과 압착 등을 설명할 수 있는 근거가 된다.

공기색전증 [Air Embolism]
혈액속에서 용해상태로 있던 공기가 급격한 압력 차이로 인하여 혈관에서 공기방울을 형성하고 이로인하여 혈관이 막혀 혈액의 공급이 중단되는 현상....급상승 주의..

폐압착의 예방은 매우 중요하며 그 방법은 아주 간다하다. 다이버는 압축공기로 호흡하는 동안에는 계속적으로 호흡하기만 하면 된다.(공기색전증,기종,기흉예방)
담배를 끊고 유산소 운동을 해주면 당연히 폐에 ㅎㅎㅎㅎ



샤를의 법칙 [Charles Law]
부피가 일정할 때 온도가 변화하면 그에 따라 압력도 변화한다. 이때의 온도는 절대 온도 를 의미하며, 절대 온도의 변화에 따라 압력도 비례하여 움직이게 되는 것이다. 공기통을 완전하게 충전시킨 직후의 압력과 시간이 지난 후의 압력에 차이가 발생하는 것은 바로 이 이유 때문으로, 뜨거운 장소에 오랫동안 충전된 공기통을 방치하지 않도록 해야 하는 것이다



헨리의 법칙 [Henrys Law]
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체 속으로 녹아 들어가는 기체의 양은 그 기체의 부분압에 비례한다는 것이다. 기체가 액체 속으로 녹아서 들어가는 것은 압력과 가장 큰 상관 관계가 있어서 이 압력이 증가함에 따라, 즉 수중에서 깊이 잠수하여 들어감에 따라 점점 더 많은 양의 기체가 액체 속으로 녹아 들어가다.
압력이 높아짐에 따라 기체가 이렇게 액체 속으로 녹아 들어가는 과정은 액체 내의 기체 부분압이 액체 바깥의 기체 부분압과 같아지는 시점, 즉 포화 상태(Saturation)에 이를 때까지 지속이 된다. 포화된 이후 다시 압력이 낮아지기 시작하면 이번에는 거꾸로 액체 내에 용해되어 있던 기체가 바깥으로 빠져 나오는 과정이 시작되는 것이다. 헨리의 법칙은 감압병를 이해하는데 있어 가장 중요한 부분이 된다.




* 아르키메데스의원리*

BC 3세기에 그리스의 수학자이며 발명가인 아르키메데스가 발견한 부력(浮力)에 관한 물리법칙.

기체나 액체로 이루어진 유체(流體)에 물체가 완전히 잠기거나 혹은 일부분이 잠겨 정지하고 있으면 물체가 밀어낸 유체의 무게만큼 부력이 위쪽으로 작용한다. 물체가 밀어낸 유체의 부피는 유체에 잠긴 부분의 부피와 같다. 밀려난 유체의 무게는 위로 작용하는 부력의 크기와 같아진다. 즉 액체나 기체에서 물체가 떠오르지도 가라앉지도 않는다면 뜬 물체에 작용하는 부력은 뜬 물체의 무게와 크기는 같고 방향이 반대가 된다. 예를 들어 처음 진수시킨 배는 배가 밀어낸 물의 무게가 배의 무게와 똑같아질 때까지 가라앉게 된다. 이 배에 짐을 실으면 배가 더 깊이 가라앉으면서 더 많은 물을 밀어내 부력의 크기가 배와 짐을 합한 무게와 같아지게 유지한다.

물 속에 나무를 놓거나 헬륨(He)을 채운 풍선을 공기 중에 풀어놓을 때처럼 물체의 무게가 밀려난 유체의 무게보다 가벼워지면 물체가 떠오른다. 물체의 무게가 밀어낸 유체의 무게보다 무거운 경우에는 물체가 가라앉게 되지만 물체는 밀어낸 유체의 무게만큼 가벼워진다. 실제로 무게를 정확히 재려면 주변 공기의 부력 효과를 보정해주어야 한다. 물체가 더 깊이 잠길수록 유체 압력이 증가하기 때문에 부력이 생긴다. 그러므로 잠긴 물체가 받는 압력은 깊이 잠긴 쪽으로 갈수록 커지며 부력은 늘 위쪽을 향하게 되어 중력의 반대방향을 향한다. 결국 부력은 유체의 압력이 물체에 주는 모든 힘의 순효과가 된다.

다이버에게 있어 질량(무게)의 변화를 가져오기는 어렵기 때문에 부피를 계속해서 변화시켜 부력을 조절해야 한다. 여러분은 우주비행사들처럼 우주에 나가지 않아도 무중력상태를 경험할 수 있다.

밀도=질량/부피 이므로 질량이 일정할 때 부피가 감소하면 밀도는 상승하고 부피가 증가하면 밀도는 감소한다. 중성부력을 갖기 위해서는 다이버는 계속해서 자신의 밀도를 조절함으로써 부력을 조절해야만 합니다.

다이버가 수중으로 하강할 때는 부력조절장치 안의 공기부피가 작아지게 되는데 이것은 물의 무게와 대기압에 의해 발생한다. 잃었던 부피를 다시 회복하기 위해서는 부력조절기에 공기가 주입되어야만 한다.

다이버가 상승할 때는 반대 현상이 잃어나는데 줄어드는 수압은 부력 조절기 안의 공기를 팽창시켜 부피가 커지게 합니다. 그러면 다이버는 자신의 위치를 유지하는데 필요한 공기를 제외하고는 제거시킬 수 있다.

부력:양성부력.음성부력.중성부력



내장압착

소화되는 동안 가스를 만드는 음식물은 상승도중 가스가 팽창해 다이버를 불편하게 만들기도 한다. 이것은 상승 도중에 발생하는 위나 내장의 역압착 현상으로 트림이나 통증을 유발한다.증상이 심해지면 실신,쇼크,조직 손상등이 오게 된다. 내장압착을 방지 하기 위해서는 다이빙전에 발포성 음료나 음식을(탄산음료,콩,양파..) 삼가해야 한다.

만약 상승 중에 내장 압착이 느껴지면 상승을 중지하거나 하강한 다음통증이 사라질 때까지 기다렷다가 천천히 상승하도록 한다. 만약 압력의 분출없이 강제로 상승했을 경우 상태가 심각하다면 의사의 치료를 받아야 한다



산소 중독 [Oxygen Toxicity]
산소의 부분압이 어느 정도 이상에 이를 경우 인체에 일련의 중독 현상이 나타날 수 있다. 따라서 산소를 호흡기체로 사용하기 위한 산소의부분압을 기초로한 사용법 및 시간
한계가 세워져 있다. 산소 분압이 1.6기압 이상인 기체로 일정 시간(45분) 이상 호흡을 할 때 중추신경계에 중독이 나타날 수 있으며(CNS, Central Nervous System Toxicity), 낮은 분압에서도 지속적으로 오래 호흡하게 되면 폐중독이 일어날 가능성이 있다. 중추신경계의 중독은 치명적인 사고로 연결될 수 있으므로, 특히 산소의 함량을 높인 나이트록스 혼합기체(Nitrox, Enriched Air)를 이용한 다이빙에서 제한 수심은 매우 중요한 의미를 가진다. 일반적으로 다이빙에 사용되는 압축 공기의 경우에는 제한 수심만 지킨다면 그다지 큰 문제가 되지 않는다.


달튼의 법칙 [Daltons Law]
공기는 질소와 산소를 포함한 여러 가지 기체로 구성이 되어 있다. 각 기체가 이런 혼합 기체 전체의 압력에서 차지하는 압력을 부분압이라 한다. 이때 혼합 기체 전체의 압력은 그 구성 기체 각각의 부분압의 합과 같게 된다.
즉 기체 전체의 압력이 증가하는 것과 같은 비율로 구성 기체의 부분압도 증가하는 것이다. 이 경우 혼합 기체 중의 각 기체의 부분압은 그 부피에 반비례하게 된다.
예를 들어, 일정한 부피의 공기는 수심 10m에서 2 대기압이 된다. 이때 1 대기압의 공기에서 0.79인 질소의 부분압은 1.58 대기압이 된다. 마찬가지로 산소의 부분압은 1 대기압에서 0.21이던 것이 혼합 기체가 2 대기압으로 되면서 함께 0.42 대기압으로 커지게 된다. 쉽게 말해 대기압의 변화와 부분압의 변화는 비례하는 것이다.
이 부분압에 대한 이해는 테크니컬 다이빙에서 산소 중독을 피하기 위한 제한 수심의 설정 등에 있어 대단히 중요하다.(수면에서 100% 순수 산소로 호흡하는 것과 5 대기압인 수심 40m에서 일반 공기로 숨을 쉬는 것은 같은 부분압의 산소를 의미한다.)

출처 : 119해병-바다늑대Forever

글쓴이 : 바다늑대[507] 원글보기

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