제5장: 다이빙 과학

압력(Pressure)

여러분은 느끼지 못하지만 공기 역시 무게를 갖고 있다.

• 해수면에서 1 제곱 센티미터의 작은 면적에 미치는 공기의 무게는 약 1 kg이다.

지구를 둘러싸고 있는 공기의 무게를 대기압이라고 한다. 해수면 가까이 서 있는 사람에게는 약 1바(bar) 또는 1대기압(ata)의 압력이 작용한다. 이 사람이 높은 산으로 이동한다면 누르는 공기층이 얇아져서 압력이 낮아지게 된다. 그래서 고산지대에서 등산하는 사람에게는 호흡하기에 충분하지 않은 공기를 대신하기 위해 산소호흡기를 사용한다.

반면에 물의 밀도는 공기보다 약 800배 크다. 따라서 다이버가 물 속으로 하강하면 압력은 급격하게 증가한다. 다이버에게는 수중에 위치한 곳에서 수면까지의 물의 압력과 그 위 공기의 압력인 대기압이 함께 작용된다.

수압은 수심이 10미터 증가할 때마다 1기압씩 증가한다. 그러므로 수심 10미터에서는 2기압이고 수심 20미터에서는 3기압이 된다.

압력, 부피, 밀도

17세기의 과학자 로버트 보일은 기체의 압력은 부피와 반비례한다는 “보일의 법칙”을 밝혀냈다. 즉 압력이 증가하면 부피는 줄어들고 부피가 증가하면 압력은 줄어드는 것이다.

보일의 법칙을 살펴보자. 빈 유리컵을 거꾸로 들고 수심 10미터로 내려가면 주위압력이 2기압이 된다. 보일의 법칙에 유리잔 내부의 공기 공간은 절반으로 줄어든다. 20미터로 내려가면 주위 압력은 3기압이 되고 부피는 1/3로 줄어들게 된다.

수심이 증가하면 압력이 높아지고 기체 분자들 사이의 거리가 가까워진다. 수심이 깊어지면 깊어질수록 분자들 사이의 거리는 더 가까워진다. 즉 밀도가 높아지는 것이다.

밀도는 압력과 비례하여 증가한다. 그러므로 수심 10미터에서는 2기압이고 수면에 비하여 밀도가 2배로 증가한다. 수심 20미터에서는 3기압이고 밀도가 3배로 증가한다.

수심에 따른 다이버의 공기 소모량: 다이버가 수심 10m에서 스쿠바를 이용하여 다이빙한다면, 다이버에게 미치는 절대압력은 2기압이고, 다이버가 호흡하는 공기의 밀도는 기압과 같은 비율인 2배로 증가한다. 그러나 다이버는 한번 호흡할 때 마다 육상에서와 같은 부피의 공기를 소모한다. 밀도가 2배로 증가한 공기를 같은 부피로 소모하기 때문에 탱크의 공기는 수면에서 호흡할 때보다 2배 빠르게 소모된다. 이제 우리는 다이버의 공기 사용량은 얼마나 많이 호흡을 하느냐 뿐만 아니라, 얼마나 깊은 수심에서 다이빙을 하는가에 따라 변한다는 것을 알았다.

만약 다이버가 해수면(1기압)에서 탱크 내부의 공기를 모두 호흡하는데 1시간이 걸린다면 10m(2기압)에서는 30분 걸리고, 20m(3기압)에서는 20분, 40m(5기압)에서는 12분 걸린다. (40m, 5기압에서는 부피가 1/5로 감소되므로 60분의 1/5는 12분이다.)

그러므로 깊은 수심에서 다이빙을 하면 공기를 더 빨리 소모한다. 그래서 깊은 수심에서 다이빙을 할 때에는 공기압력을 자주 점검해야 한다.

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