ボイルの法則はスキューバダイビングにどのように適用されますか?

Miwa

レクリエーションスキューバダイビングコースに登録することで得られる素晴らしい成果の 1 つは、基本的な物理概念を学び、それを水中環境に応用できるようになるということです。ボイルの法則はこれらの概念の 1 つです。

ボイルの法則は、気体の体積が周囲の環境によってどのように変化するかを説明します。。この単純な気体の法則を理解すると、スキューバダイビングの物理学とダイビング理論の多くの側面が明らかになります。

ボイルの法則は次のとおりです。

PV = c

この式において、「P」は圧力を表し、「V」は体積を表し、「c」は定数（固定）を表します。

あなたが数学に詳しくない場合、これは混乱して聞こえるかもしれません。しかし、絶望しないでください。この方程式は、スキューバダイバーの浮力補償装置 (BCD) 内の空気など、特定の気体について、気体の周囲の圧力と気体の体積を乗算すると、最終的には常に同じ数値になることを示しています。

方程式の答えは変わらないので（それが方程式と呼ばれる理由です）絶え間ない) から、気体 (P) の周囲の圧力を増加させると、気体 (V) の体積は小さくなるはずであることがわかります。逆に、気体の周囲の圧力を下げると、気体の体積は大きくなります。それでおしまい！それがボイルの法則のすべてです。

ほとんど。ボイルの法則について知っておく必要があるもう 1 つの側面は、この法則は一定の温度でのみ適用されるということです。気体の温度を上げたり下げたりすると、方程式は成り立ちません。

ボイルの法則の適用

ボイルの法則は、ダイビング環境における水圧の役割を説明しています。それはスキューバダイビングの多くの側面に適用され、影響を与えます。次の例を考えてみましょう。

スキューバダイビングにおける安全規則や手順の多くは、水圧の変化による空気の圧縮と膨張をダイバーが補えるように作成されました。たとえば、ガスの圧縮と膨張により、耳を均等にしたり、BCD を調整したり、安全に停止したりする必要が生じます。

スキューバダイビングをしたことがある人は、ボイルの法則を直接体験したことがあります。例えば：

上昇- ダイバーが上昇すると、周囲の水圧が減少し、BCD 内の空気が膨張します。これが、彼が上昇するときに BCD から余分な空気を放出しなければならない理由です。そうしないと、膨張した空気によって浮力の制御ができなくなります。
降下- ダイバーが下降すると、周囲の水圧が増加し、耳の中の空気が圧縮されます。痛みや耳圧外傷と呼ばれる耳の損傷の可能性を避けるために、耳の中の圧力を均等にする必要があります。

ボイルの法則は、スキューバダイビングにおける最も重要な安全規則のいくつかを説明しています。

以下に 2 つの例を示します。

水中で息を止めないでください -潜水訓練団体によると、ダイバーは水中で息を止めてはいけないとされています。水圧の低い場所に（たとえ数フィートでも）上昇すると、ボイルの法則に従って肺に閉じ込められた空気が膨張するからです。膨張した空気によりダイバーの肺が伸び、肺圧外傷を引き起こす可能性があります。もちろん、これは息を止めて上昇した場合にのみ発生します。多くのテクニカルダイビング団体は、このルールを「息を止めて上昇しない」ように修正しています。
ゆっくりと上昇します -ダイバーは潜水中に圧縮窒素ガスを吸収します。水圧の低い深度まで上昇すると、この窒素ガスはボイルの法則に従って膨張します。ダイバーがこの膨張する窒素ガスを体が排除できるほどゆっくりと上昇しないと、血液や組織の中に小さな泡が形成され、減圧症を引き起こす可能性があります。