Comment la loi de Boyle s'applique-t-elle à la plongée sous-marine?

Miwa

L'une des conséquences fantastiques de l'inscription à un cours de plongée sous-marine récréatif est de pouvoir apprendre des concepts de base de la physique et de les appliquer à l'environnement sous-marin. La loi de Boyle est l'un de ces concepts.

La loi de Boyle explique comment le volume d'un gaz varie avec l'environnementpression. De nombreux aspects de la physique de la plongée sous-marine et de la théorie de la plongée deviennent clairs une fois que vous comprenez cette simple loi sur le gaz.

La loi de Boyle est:

PV = C

Dans cette équation, «P» représente la pression, «V» signifie que le volume et «C» représente un nombre constant (fixe).

Si vous n'êtes pas des mathématiques, cela peut sembler déroutant. Mais ne désespérez pas. Cette équation stipule que pour un gaz donné - comme l'air dans le dispositif de compensateur de flottabilité d'un plongeur (BCD) - si vous multipliez la pression entourant le gaz par le volume de gaz, vous vous retrouverez toujours avec le même nombre.

Parce que la réponse à l'équation ne peut pas changer (c'est pourquoi elle s'appelle unconstante), nous savons que si nous augmentons la pression entourant un gaz (P), le volume du gaz (V) doit devenir plus petit. Inversement, si nous diminuons la pression entourant le gaz, le volume du gaz deviendra plus grand. C'est ça! C'est toute la loi de Boyle.

Presque. Le seul autre aspect de la loi de Boyle que vous devez savoir est que la loi ne s'applique qu'à une température constante. Si vous augmentez ou diminuez la température d'un gaz, l'équation ne fonctionne plus.

Appliquer la loi de Boyle

La loi de Boyle décrit le rôle de la pression de l'eau dans l'environnement de plongée. Il s'applique et affecte de nombreux aspects de la plongée sous-marine. Considérez les exemples suivants:

Descente- À mesure qu'un plongeur descend, la pression de l'eau autour de lui augmente, ce qui fait que l'air dans son équipement de plongée et son corps occupent un plus petit volume (compresse).
Ascension- Alors qu'un plongeur monte, la pression de l'eau diminue, la loi de Boyle indique que l'air de son équipement et de son corps se développent pour occuper un plus grand volume.

De nombreuses règles de sécurité et protocoles de plongée sous-marine ont été créées pour aider un plongeur à compenser la compression et l'expansion de l'air en raison de changements de pression de l'eau. Par exemple, la compression et l'expansion du gaz conduisent à la nécessité d'égaliser vos oreilles, de régler votre BCD et de faire des arrêts de sécurité.

Exemples de la loi de Boyle dans l'environnement de plongée

Ceux qui ont été de plongée sous-marine ont connu la loi de Boyle de première main. Par exemple:

Ascension- Alors qu'un plongeur monte, la pression de l'eau autour de lui diminue et l'air de son BCD se développe. C'est pourquoi il doit libérer un excès d'air de son BCD alors qu'il monte - autrement, l'air en expansion lui fera perdre le contrôle de sa flottabilité.
Descente- Alors qu'un plongeur descend, la pression de l'eau autour de lui augmente, comprimant l'air dans ses oreilles. Il doit égaliser la pression dans ses oreilles pour éviter la douleur et une éventuelle blessure de l'oreille appelée Barotrauma.

Règles de sécurité de plongée sous-marine dérivées de la loi de Boyle

La loi de Boyle explique certaines des règles de sécurité les plus importantes dans la plongée sous-marine.

Voici deux exemples:

Ne retenez pas votre souffle sous l'eau -Selon les organisations de formation de plongée, un plongeur ne devrait jamais retenir son souffle sous l'eau car s'il monte (même quelques pieds) à une zone de pression d'eau moindre, l'air piégé dans ses poumons se développera selon la loi de Boyle. L'air en expansion peut étirer les poumons du plongeur et entraîner un barotraumais pulmonaire. Bien sûr, cela ne se produit que si vous montez tout en retenant votre souffle, et de nombreuses organisations de plongée technique modifient cette règle pour "ne retenez pas votre souffle et ne remontez pas".
Monter lentement -Le corps d'un plongeur absorbe l'azote comprimé pendant qu'il plonge. Alors qu'il monte à une profondeur avec moins de pression d'eau, cet azote gazeux se développe selon la loi de Boyle. Si un plongeur ne monte pas assez lentement pour que son corps élimine cet azote gazeux en expansion, il peut former de minuscules bulles dans son sang et ses tissus et provoquer une maladie de décompression.

Pourquoi une température constante est nécessaire pour utiliser Boyle

Comme mentionné ci-dessus, la loi de Boyle ne s'applique qu'aux gaz à une température constante. Le chauffage d'un gaz le fait se dilater et le refroidissement d'un gaz le fait compresser.

Un plongeur peut assister à ce phénomène lorsqu'il submerge un réservoir de plongée chaud dans une eau plus froide. La lecture du manomètre d'un réservoir chaud baissera lorsque le réservoir sera immergé dans de l'eau froide à mesure que le gaz à l'intérieur du réservoir se comprime.

Les gaz qui subissent un changement de température, ainsi qu'un changement de profondeur, devront avoir le changement de volume de gaz en raison du changement de température expliqué, et la loi simple de Boyle doit être modifiée pour tenir compte de la température.

La loi de Boyle permet aux plongeurs d'anticiper comment l'air se comportera pendant une plongée. Cette loi aide les plongeurs à comprendre les raisons de la plupart des directives de sécurité de la plongée sous-marine.