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장동립 교수 칼럼 장 트레이너   |   2014-07-2 0 931 목록
공기통은 얼마나 물속에서 숨을 쉴 수 있나요?

처음 스킨스쿠버를 배우는 사람이 흔히 궁금해하는 질문은 바로 공기통을 가지면 얼마나 물속에서 숨을 쉴 수 있나하는 것입니다.

결론부터  말씀드리면 수심에 따라서 다르다는 것입니다.

 

기체는 액체와는 달리 밀도가 상당히 낮고, 압축이 가능하며, 그 상태는 온도와 부피, 압력에 의해서 크게 변화가 일어납니다. 따라서 온도와 부피, 압력을 몇 가지의 기체의 법칙에 적용하면 그 기체의 특성과 변화에 대해 예측할 수 있습니다.

 

잠수와 관련된 기체의 법칙들 중에서 가장 중요한 법칙으로 여겨지는 보일의 법칙에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

보일의 법칙을 잠수에 적용해 보면 다이버가 하강하면 왜 귀에 통증을 느끼게 되고, 부력이 감소하는지를 이해할 수 있습니다. 

또한 수중에서 압축기체를 호흡하던 다이버가 숨을 참고 상승하면 폐 파열과 같은 질환이 생길 수 있는지를 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

1. 보일의 법칙이란~~~!!

"온도가 일정할 때 절대압력(주변압)에 따라 기체의 부피가 변한다"는 것으로 즉, "기체의 부피는 절대압에 반비례하고 밀도는 정비례한다."는 법칙을 말합니다.

 

P1V1 = P2V2 (P1 = 처음 압력, P2 = 나중 압력, V1 = 처음의 부피, V2 = 나중의 부피)  

 

주변 압력이 증가하면 기체의 부피는 감소하고, 그 밀도는 증가합니다.

즉, 다이버가 하강하면 주변 압력이 증가하여 기체의 부피(다이버가 갖는 공기 공간)가 줄어들고 이와는 반대로 다이버가 상승하면 주변 압력이 감소하여 기체의 부피(다이버가 갖는 공기 공간)는 증가하고 기체의 밀도는 감소하게 됩니다.

 

하강하면 절대합이 증가하여 기체의 부피는 줄어들고, 상승하면 절대압이 감소하여 기체의 부피는 늘어나게 되는 것이지요. 그래서 다이버가 하강하면 다이버가 갖는 공기 공간(중이, 부비동, 마스크, 슈트의 부피, BC의 공기부피 등)들이 압착되어 그 안에 있는 기체의 부피가 줄어듭니다. 이에 따라서 압착현상과 부력감소, 공기밀도의 증가, 공기소모율의 증가 등이 발생하게 되는 것입니다.

 

반대로 다이버가 상승하면 주변 압력이 감소함에 따라 공기공간이 팽창되어 늘어난 부피만큼 그 부피를 감소시키지 않으면 공기 공간의 역폐쇄 현상, 공기색전증, 부력증가로 인한 급상승, 공기소모율의 감소 현상 등이 일어날 수 있습니다.

 

 

 

2. 보일의 법칙과 분당 기체소모량(RMV, Respiratory Minute Volume)

분당 기체소모량(RMV)이란 1분간 몇 리터의 공기를 소모하는가를 나타내는 것으로, 리터/분 단위로 표시됩니다.

이를 알면 다이버가 준비할 기체의 양을 결정할 수 있고, 다이버는 사전에 자신의 분당기체소모량을 알고 있으면 잠수계획시 이를 활용하여 수중체류시간을 계획할 수 있습니다.

 

1) 특정수심에서 분당 공기소모율 구하기

우리가 흔히 사용하는 내부용적이 11리터인 일반적인 공기통을 가지고 수심 10m(2기압)에서 다이버가 10분간 공기를 40bar 사용하였다면 이 다이버의 수심 10m에서의 분당 공기소모율은 4bar/분가 됩니다. 

 

2) 수면 공기소모율 구하기

위의 다이버가 수면으로 올라오면 10m 즉, 2기압하에서 분당 4bar의 공기를 사용하였으므로

수면 즉, 1기압하에서의 공기소모율은 그 절반인 분당 2bar의 공기를 사용하게 될 것입니다.

그리고, 만약 이 다이버가 수심 20m 즉, 3기압하에서는 분당 6bar의 공기를 소모하게 될 것입니다.

 

그렇다면, 예를들어 어떠한 공기통을 가지고 다이버가 수면 즉, 1기압에서 1시간 동안 숨을 쉴 수 있다면,

10m 즉, 2기압에서는 30분 동안 숨을 쉴 수 있고,

20m 즉, 3기압에서는 20분 동안 숨을 쉴 수 있고,

30m 즉, 4기압에서는 15분 동안 숨을 쉴 수 있을 것입니다. 

 

이상으로 보일의 법칙과 분당 기체소모량에 대해 알아보았습니다.

다소 어렵게 생각될 수 있지만 수심이 깊어질 수록 공기통의 사용시간은 짧아진다는 것과 자신이 수면에서 얼마나 공기를 소모하는가를 알고 있으면 보다 안전하고 편하게 다이빙을 할 수 있다는 사실을 인지하시기를 바라겠습니다.

덧붙여 보일의 법칙과 관련된 증상들을 이해하고 특히, 숨참고 상승하지 않아야 폐가 과대팽창하지 않는 다는 사실을 꼭 기억하시기를 바라겠습니다.

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