다이버들이 알아야 할 물리학
스쿠버 다이빙은 과학이 만들어 낸 인류 마지막 레져라 말합니다. 그래서 과학적 이론을 무시하면 다이빙 사고로 이어집니다. 암기가 필요하지는 않지만, 이해는 필요로 하는 스쿠버에 적용 된 물리학 이론은 이렇습니다. 보통 쉽게 A,B,C,D,H 이론이라 하며 이 약자는 사람 이름 앞자리 이니셜을 따 온 겁니다. 아르키메데스가 발견한 이 때의 부력의 원리를 아르키메데스의 원리라고 지칭합니다.
이 아르키메데스의 원리로 물체가 물에 뜨거나 가라앉는 것에 대해서 자세한 설명을 하겠습니다.
아르키메데스의 원리는 일단 간단히 정의하자면 물 속에 어떤 물체를 넣었을 때, 그 물체의 부피만큼의 물의 수위가 올라가고, 또한 이 물체에 대해서는 이 물체의 부피 만큼의 물의 무게가 사방에서 수압으로써 느껴진다는 것입니다.
즉, 여기에서 나오는 부력의 정의는 물체가 물을 밀어내는 힘이 아니라, 물체가 물에 잠겼을 때, 이 물체의 부피만큼의 물의 무게가 사방에서 수압으로써 가해지는 이 수압을 부력이라고 지칭하는 것 입니다.
즉, 여기서 부력과 물체의 부피는 서로 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 물과 비교되는 상대적인 밀도를 비중이라고 할 겁니다 일반적으로 뚱뚱한사람이 낮은 비중을 가지고 있으며, 마른사람이 높은 비중울 가지고 있죠 (그럼 누가 더 잘 가라 앉을까요..?) 그리고, 이 부력에 대해서 가라 앉으려는 물체의 질량에 대해서는 반비례한다는 것을 알 수 있습니다. 그래서 물체에 대해서 가해지는 부력과 부피와 질량의 역수의 곱은 서로 비례함을 알 수 있습니다. 여기서 하나 놀라운 사실이 나타납니다.
부력과 비례하는 값인 부피와 질량의 역수의 곱이 질량과 부피의 역수의 곱인 밀도와 역수 관계를 취한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서, 밀도와 역수관계를 취하는 이 값이 물체의 부력과 비례하므로, 밀도 자체는 물체의 부력과 반비례한다는 결론이 나옵니다.
물체가 물에 잠겼을 때, 그 물체와 같은 양의 물의 부피가 그 물체보다 질량이 크면 물체가 뜨고, 그 물체와 같으면 물속에서 단지 잠겨있고, 그 물체보다 질량이 작으면 물체가 가라앉는다는 사실이 이 부력의 원리에서도 적용된다는 사실을 알 수 있습니다.
이 설명이 너무 복잡하기 때문에 밀도라는 물리값이 탄생하게 된 것으로 추정합니다.
이렇듯, 부력과 물체의 밀도와 반비례한다는 사실에 따라서 밀도가 큰 물체는 혹 그 물체가 표면적이 커서 물 분자들이 표면적을 지탱해주는 힘만으로 이 물체의 질량을 극복할 수 있는 상황을 제외하면 가라앉는다는 사실이 증명됩니다. 즉 부력은 액체에 잠긴 물체는 잠긴부피 만큼의 액체와 같은 힘을 받는다. 요거이 아르키메데스의 원리 되겠읍니다
※그럼 밀도가 뭐야...? 이것을 계산식으로 해보면 P1 X V1 = P2 X V2 됩니다
예를 들자면 신발에 있는 에어(에어백도 마찬가지)에 압력이 가해지면 부피가 줄어들면서 사람에게 가해지는 충격이 완화되는 것 과, 물속에서 잠수한 사람이 공기방울을 내뱉었을 때 올라오면서 방울이 더 커지는 것(수족관에서의 기포가 위로 올라 갈수록 커지는 것)
※ 다이빙하는데 왜 필요한데...?
보일의 법칙은 압력과 부피 샤르의 법칙은 온도의 변화에 따른 압력 과 부피 이두가지를 합쳐놓은 것입니다 이 문제는 실험 중에 보면 공기가 들어있는 풍선을 드라이아이스 통 안에 넣어서 작아지게 만든다음 가만히 놓아 두면 풍선이 다시 부풀어 오르는 것 하고 같은 것입니다. 풍선안과 풍선 밖의 압력이 같아서 기체의 운동이 활발하지 않을때는 풍선이 작아졌다가 풍선안의 온도가 밖의 온도와 같아지면서 기체가 운동을 해서 풍선의 부피가 커지는 것인데요. 이것이 이 문제를 이해하는데 도움이 될 것 같습니다.
혼합 기체의 양은 그 기체를 형성하는 부분압의 총합이다. 다~ 설명 할려면 엄청 길고 지루한 어려운 이론 입니다.
아마 나이트록스 다이빙을 배우게 되면 정확히 배우게 될 겁니다.
다음은 달톤 법칙에 의한 공식과 계산을 구체적으로 분석한다. 수면 압력에서 이 공식으로 대변하면, 1.0ata = 0.21ata + 0.79ata이 이러한 공식이 성립된다.
그러면 위 공식에 의한 산소의 부분압을 계산해 보자.
(녹는 기체의 부피는 압력에 관계없이 일정하다.)
같은 온도에서 액체에 용해되는 기체의 양은 그기체의 부분압과 균형을 이룬다. 즉 액체에 용해되는 기체의 양은 기압에 비례하여 증감된다 그게 아니고 보일의 법칙에 따라 부피는 2v밀리 리터로 줄어들어 녹아 들어가는 부피는 여전히 v밀리리터가 되는 것 입니다.
용해되는 기체의 부피가 같은 이유는 압력을 증가시키면 보일의 법칙에 의해 부피가 감소하기 때문입니다. HCl, NH₃와 같은 무극성기체에는 적용되지 않습니다. 이것이 감압병(밴즈 bends)의 원인이 되는 겁니다.
물속에 깊이 잠수하는 경우에는 급하게 나오지 않고 천천히 위로 올라 오는 것이 좋겠죠
출처: 미상 |
출처: 엉터리 다이빙 원문보기 글쓴이: 엉터리
첫댓글 다시보니 어렵네요.
이해는하지만 설명은 어렵고..
아니고 머리야~~^^
또치도 이해가 어럽고 아직 잘 모르겠습니다
그래두 홧팅~~