다이빙 물리학

Diving physics

잠수 물리학은 수중 다이버에게 직접적으로 영향을 미치고 잠수부들과 그들의 장비들이 물 밖에서 일반적인 인간의 경험과는 다른 물속에서 영향을 받는다는 것을 설명하는 물리학의 한 측면이다.

이러한 영향은 대부분 물에 잠긴 결과, 깊이의 정수압 및 호흡 가스에 대한 압력의 영향입니다.다이빙의 생리적 영향과 다이빙의 위험과 위험을 고려할 때 물리학에 대한 이해가 유용하다.

다이빙에 관한 물리 법칙

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수중 다이빙 환경이 다이버와 다이빙 장비에 미치는 영향을 설명하는 물리학의 주요 법칙은 다음과 같습니다.

  • 아르키메데스의 원리 - 표면 장력의 작은 영향을 무시하면서, 유체에 완전히 또는 부분적으로 담근 물체는 물체에 의해 옮겨진 유체의 무게와 같은 힘에 의해 부력을 받습니다.따라서 물(액체)에서 다이버의 몸과 다이버의 장비에 있는 재료의 무게와 비교하여 변위된 물의 부피 중량은 다이버가 뜨는지 가라앉는지 [1][2]판단한다.부력 제어, 특히 중립 부력을 유지할 수 있는 것은 중요한 안전 기술이다.잠수부는 드라이슈트, 부력 보상기, 다이빙 웨이트 시스템 및 리프팅 [3]백을 효과적이고 안전하게 작동할 수 있도록 부력을 이해해야 합니다.
  • 보일의 법칙 - 압력이 변화함에 따라 잠수부의 신체와 연성 장비에 있는 가스의 부피도 [1]변화합니다.비강성 컨테이너(다이버의 폐 또는 부력 보상 장치 등)의 가스 부피는 다이버가 물에 내려가는 동안 외부 압력이 증가함에 따라 감소합니다.마찬가지로, 이러한 비강성 용기의 가스 부피는 상승 시 증가합니다.잠수부 및 잠수부 장비의 가스량 변화는 부력에 영향을 미칩니다.이는 상승 및 하강 모두에서 양의 피드백 루프를 생성합니다.다이버가 흡입하는 개방 회로 가스의 양은 압력과 [4]깊이에 따라 증가합니다.
  • Gay-Lussac의 제2법칙 – 온도가 다이빙 실린더의 압력을 증가시키면 (원래는 기욤 [5]아몬톤스가 설명함)예를 들어 최근 급속 충전 후 따뜻한 다이빙 실린더로 찬물에 들어간 다이버가 실린더 내의 가스가 [3]식으면서 다이빙 초기에 실린더의 가스 압력이 예상 밖으로 많이 떨어지는 것을 발견하는 이유다.
  • Dalton의 법칙 - 호흡 가스의 혼합물에서 가스 혼합물의 개별 성분의 농도는 부분[1] 압력에 비례한다. 부분 압력은 질소 마취와 산소 [4]독성을 피하기 위한 한계를 표현하는 데 유용한 척도이다.
  • 헨리의 법칙 - 압력이 증가하면 인체 조직에 흡수되는 가스의 양이 증가합니다.[6]이 메커니즘은 질소 마취, 산소 독성 및 감압 [4]질환과 관련되어 있습니다.
  • 스넬의 법칙 - 물의 굴절률은 눈의 각막의 굴절률과 비슷하여 [7]공기보다 30% 더 높습니다.잠수사가 내부 [3]영공에 잠수 마스크가 없으면 물속을 선명하게 볼 수 없는 이유다.

다이버와 가장 관련성이 높은 물의 물리적 특성

외양과 연안 수역의 서로 다른 파장의 빛 투과 비교

물 또는 수중 환경의 물리적 영향은 다음과 같습니다.

  • 압력 - 다이버에 대한 전체 압력은 국소 기압과 정수압의 [8][4]합입니다.
  • 밀도 - 물의, 잠수부의 몸과 장비가 잠수부의 부력과 부력 [9]장비의 사용을 결정합니다. 밀도는 정수압 생성의 요인입니다.다이버들은 다이빙 웨이트 시스템에 납과 같은 고밀도 재료와 부력 보상기 및 리프팅 [4]백에 공기 같은 저밀도 재료를 사용합니다.
  • 열전달 – 다이버의 몸에서 물로의 열전달은 공기보다 빠릅니다.저체온증으로 이어지는 과도한 열손실을 방지하기 위해 잠수복 또는 액티브 히팅 형태의 단열재를 사용합니다.
    • 물의 열전도율은 [10]공기보다 높다.물이 공기보다 열을 20배 더 많이 전달하기 때문에 차가운 물 속 잠수부는 저체온증을 피하기 위해 잠수복으로 몸을 단열해야 한다.
    • 다이빙에 사용되는 가스는 열 전도율이 매우 다릅니다. 헬리옥스는 헬륨 함량 때문에 공기보다 열을 더 빨리 전달하고 아르곤은 공기보다 열을 더 느리게 전달하기 때문에 헬륨을 포함한 기술적 다이버 호흡 가스는 아르곤으로 [11][12]건조복을 부풀릴 수 있습니다.
      • 아르곤: 16mW/m/K, 공기: 26mW/m/K, 네오프렌: 50mW/m/K, 울: 70mW/m/K, 헬륨: 142mW/m/K, 물: 600mW/K.[10]
  • 수중에서의 [13][14]빛의 흡수 및 색상의 손실.
    빛의 스펙트럼의 붉은 끝은 얕은 [13]물에서도 흡수된다.잠수부들은 이러한 흡수된 색깔을 드러내기 위해 물속에서 인공적인 빛을 사용한다.깊은 물속에서는 지표면의 빛이 [4]침투하지 않는다.
  • 압력을 받으면 기체는 압축성이 높지만 액체는 압축성이 거의 없습니다.다이버 몸 안의 공기와 유연한 장비에 고정된 기체는 다이버가 하강할 때 수축하고 상승할 [15][4]때 팽창합니다.
  • 물의 절대(동적) 점도는 [16]공기의 점도의 100배보다 높습니다.이것은 물속에서 움직이는 물체에 대한 항력을 증가시키고, 물속에서의 추진력을 이동 속도에 비해 더 많은 힘을 필요로 한다.

다이버들이 관심을 갖는 물리적 현상

열대 해양 열전선을 보여주는 그래프(깊이 대 온도)

다이버에게 실질적인 영향을 미칠 수 있는 큰 수역에서 발견되는 물리적 현상은 다음과 같다.

  • 풍랑 등의 날씨와 물속 온도 및 기압의 변화적당한 강풍이라도 바다에서 길을 잃거나 다칠 위험이 높아 다이빙을 막을 수 있다.수온이 낮아 잠수부들은 잠수복을 입어야 하고 잠수조종기 [3][4]동파 등의 문제를 일으킬 수 있다.
  • 할로클라인 또는 강한 수직 염도 그라데이션.예를 들어, 담수가 바다로 들어가는 경우, 담수는 고밀도 염수 위로 떠다니며 즉시 섞이지 않을 수 있습니다.굴절률이 [3]다르기 때문에 층 간 경계에서 반짝임과 반사 같은 시각적 효과가 발생할 수 있습니다.
  • 해류는 수천 킬로미터 이상의 물을 운반할 수 있고 온도와 염도가 다른 물을 한 지역으로 가져올 수도 있다.일부 해류는 지역 기후에 큰 영향을 미치는데, 예를 들어 북대서양 표류의 따뜻한 물은 유럽의 북서부 해안의 기후를 완화시킨다.물의 이동 속도는 다이빙 계획과 [3][4]안전에 영향을 미칠 수 있습니다.
  • 열전선 또는 급격한 온도 변화.공기 온도가 수온보다 높을 경우 공기와 햇빛에 의해 얕은 물이 따뜻해질 수 있지만 깊은 물은 차가운 상태로 유지되며 잠수부가 하강할 때 온도가 낮아집니다.이 온도 변화는 열전선이라고 [3][4]불리는 작은 수직 간격에 집중될 수 있습니다.
  • 차갑고 담수가 따뜻한 바다로 들어가면 담수가 고밀도의 염수 위로 떠오를 수 있기 때문에 잠수부가 [3]하강할 때 온도가 상승합니다.
  • 지열 활동에 노출된 호수에서, 깊은 물의 온도는 지표수보다 더 따뜻할 수 있다.이는 보통 대류 [3]전류로 이어집니다.
  • 거의 동결에 가까운 온도에서 물은 약간 따뜻한 물보다 밀도가 낮습니다. 물의 최대 밀도는 약 4°C입니다. 따라서 거의 얼었을 때,[3] 물은 표면보다 깊이가 약간 더 따뜻할 수 있습니다.
  • 중력과 지구의 자전에 의한 해류와 해수면의 변화.일부 잠수 지점은 조수의 순환이 역전되고 조류가 느려질 때만 느슨한 물에서 안전하게 잠수할 수 있다.강한 해류는 잠수부들에게 문제를 일으킬 수 있다.강한 전류가 수직 표면과 만나면 부력 제어가 어려울 수 있습니다.잠수부들은 물살을 거슬러 헤엄칠 때 호흡가스를 더 많이 소비한다.수면의 다이버들은 조류에 의해 보트 커버에서 분리될 수 있다.반면 드리프트 다이빙은 적당한 전류가 [3][4]흐를 때만 가능하다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 주변 압력 – 주변 매체의 압력
  • 대기압 – 대기 중량에 의해 가해지는 정압
  • 부력 – 유체에 담근 물체의 무게에 반하는 위쪽으로의 힘
  • 압력 – 면적에 분산된 힘

레퍼런스

  1. ^ a b c Acott, C (1999). "The diving "Law-ers": A brief resume of their lives". South Pacific Underwater Medicine Society Journal. 29. ISSN 0813-1988. OCLC 16986801. Retrieved 2008-07-07.
  2. ^ Larry "Harris" Taylor, Ph.D. "Practical Buoyancy Control". University of Michigan. Retrieved 2008-10-10.
  3. ^ a b c d e f g h i j k 국립 해양 대기청 다이빙 프로그램(미국)(2001년 2월 28일).Joiner, 제임스 T.(교육.).국립 해양 대기청 다이빙 매뉴얼, 다이빙 과학 기술(4판).메릴랜드 주, 실버 스프링:국립 해양 대기청, 미국 해양 대기 연구소, 국립 해저 연구 프로그램.아이 에스비엔 978-0-941332-70-5.CD-ROM과 국립 해양 대기청과 최우수 출판사와 국립 기술 정보 서비스(NTIS)in 동반자 관계에 의한 분배 준비했다.
  4. ^ a b c d e f g h i j k Scully, Reg (April 2013). CMAS-ISA Three Star Diver Theoretical Manual (1st ed.). Pretoria: CMAS-Instructors South Africa. ISBN 978-0-620-57025-1.
  5. ^ "Amonton's Law". Purdue University. Retrieved 2008-07-08.
  6. ^ "Henry's Law". Online Medical Dictionary. Retrieved 2008-10-10.[영구 데드링크]
  7. ^ "Snell's Law". scienceworld.wolfram. Retrieved 2008-10-10.
  8. ^ "Pressure". Oracle ThinkQuest. Archived from the original on 2008-10-12. Retrieved 2008-10-10.
  9. ^ "Density and the Diver". Diving with Deep-Six. Retrieved 2008-10-10.
  10. ^ a b "Thermal Conductivity of some common Materials". The Engineering Toolbax. Retrieved 2008-10-10.
  11. ^ Nuckols ML, Giblo J, Wood-Putnam JL (September 15–18, 2008). "Thermal Characteristics of Diving Garments When Using Argon as a Suit Inflation Gas". Proceedings of the Oceans 08 MTS/IEEE Quebec, Canada Meeting. MTS/IEEE. Retrieved 2009-03-02.
  12. ^ Eric Maiken. "Why Argon". Author. Retrieved 2011-04-11.
  13. ^ a b Luria SM, Kinney JA (March 1970). "Underwater vision". Science. 167 (3924): 1454–61. Bibcode:1970Sci...167.1454L. doi:10.1126/science.167.3924.1454. PMID 5415277.
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  15. ^ "Compressibility and Ideal Gas Approximations". UNC-Chapel Hill. Retrieved 2008-10-10.
  16. ^ Dougherty, R.L.; Franzini, J.B. (1977). Fluid Mechanics with Engineering Applications (7th ed.). Kogakusha: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-085144-3.