스킨스쿠버로 배우는 물리학

스킨스쿠버로 배우는 물리학

 

스킨다이빙과 스쿠버다이빙은 좀 다릅니다. 스킨다이빙은 별도의 장비없이 다이빙을 하는 것을 말하는데. 비교적 수심이 낮은 곳에서 스노클링을 착용하고 머리만 무속에 넣고 숨은 숨대롱을 물고 다이빙을 하는 것입니다.

스쿠버다이빙은 공기통과 마스크, 호흡기, 부력조절기등의 물속에서 숨을 쉴수있는 장비를 착용하고 수중을즐기는 다이빙을 말합니다.

여기서 스쿠버(SCUBA)는 Self-Contained Under Water Breathing Apparatus의 약자로 ‘수중 자가 호흡’을 뜻합니다.

 

 

 

다이빙은 지상과 전혀 다른 환경이기 때문에 안전한 다이빙을 하기 위해서는 몇가지 물리적인 지식도 핍요합니다. 스쿠버다이빙에는 산소가 약 20% 질소가 약78%비율로 존재하는 공기탱크를 사용하는데, 수심에 따라서 공기가 받는 압력이 달라지므로 탱크속의 공기 부피도 달라집니다.

 

공기압은 호흡과도 연결되는 중요한 문제이기때문에 수심에 다른 압력과 기체부피에 대한 관계를 이해해야지만 안전한 스쿠버 다이빙을 할 수 있습니다.

스쿠버다이빙을 하는데 가장 중요한 법칙

 

 

첫째. 보일의 법칙

보일의 법칙은 '일정한 온도에서 일정 질량을 갖는 기체의 압력과 부피는 반비례한다'

 

둘째. 헨리의 법칙

핸리의 법칙은 '일정한 온도에서 액체에 녹아 들어가는 기체의 양은 그 기체의 압력에 비례한다'는 내용이다.

 

 

이러한 법칙들이 스쿠버다이빙을 하는데 어떻게 적용될까? 두 법칙에 등장하는 압력을 스쿠버다이빙에 적용하면 수압으로 바꿀 수 있다. 보통 수면의 압력은 대기의 압력과 같은 1기압이지만 수심음 10m가 깊어질수록 1기압식 높아지게 된다. 예) 수심 10m 2기압, 수심 20m 3기압...

 

다이버가 10m 잠수했을경우 수압이 2기압으로 늘어나 공기탱크 속 산소와 질소는 대기압보다 높은 2배의 압력을 받게됩니다. 결국 부피가 반으로 줄어든 상태로 존재하게 됩니다.(보일의 법칙) 그렇게 되면 다이버는 지상에서보다 2배가 많은 공기를 필요로 하게 됩니다.

 

결국 수심이 깊어지면 다이버는 더 많은 공기를 소비하게 되고, 같은 크기의 탱크를 가지고 물에들어간다 하더라도 물의 깊이에 따라 잠수시간이 달라지게 됩니다.

그렇기 때문에 다이버는 수심에 따라서 공기탱크의 공기양을 잔압계로 수시로 확인해야 합니다.

 

또한 수심이 깊어질수록 다이버가 고압축의 산소와 질소를 마시게 되고, 고압축된 질소는 헨리의 법칙에 따라 우리 몸의 혈액에 녹게됩니다. 수중에서 같은 압력(수심)에서 혈액과 함게 체내를 순환하는 질소는 문제를 일으키지 않지만, 다이버가 급격하게 수면으로 올라오게되면 수압이 낮아서 혈액에 녹아있던 질소가 다시 기체로 변하게되며, 기체로 변한 질소가 호흡으로 모두 내뱉어 지지않게되고 체내에 남게되면 혈관을 막거나 신경을 마비시키는 잠수병을 일으킬 수 있습니다. 그래서 수심이 깊은 곳에서 잠수할 수록 천천히 수압에 적응하면서 몸속의 질소를 제거하며 천천히 상승해야 하는 이유입니다.

 

물속의 압력이 높기 때문에 주로 호흡에 관련된 주의사항이 많다. 들이마신 숨을 참은 상태에서 수면으로 상승할경우 부피의 팽창으로 폐가 파열되는 '공기색전증' 고압의 산소를 마실 때 발생하는 '산소중독증'과 '이산화탄소중독' 그리고 '일산화탕소 중독'등이 있다.

 

또한 잠수에 따른 수압증가로 귀에 통증이 오기도 한다. 이때는 침을 삼키거나 코를막고 공기를 귀로 내보내는 '발살바'를 통해 압력의 균형을 맞추어 주어야 한다.