◈ 잠수 물리학 수중과 육상은 전혀 다른 환경입니다. 그 다른 환경이 인체에 미치는 영향 또한 다르겠지요.. 수중에서의 환경변화에 따른 위험을 피하기 위해 몇가지 기초적인 잠수물리학 지식을 알아볼까요..*^^* ▣ 압축공기 스쿠바 다이빙에서 사용되는 공기는 우리가 지상에서 사용하는 공기와 동일하다. 공기는 일반적으로 21%의 산소와 79%의 질소로 이루어져 있는데 공기탱크에 들어있는 공기는 특수한 압축기를 이용하여 고압으로 압축된 것이다. 그러므로 이 압축공기는 아주 세심한 주의를 필요로 한다. 예를들면 오일은 무독한 것을 써야 하며, 필터는 특수하게 제작된 것을 사용해야 한다. 특히 필터는 공기중의 습기와 이물질을 걸러주는 역할을 하므로 다이버에게 있어 매우 중요하다. 보통 수중에서의 공기의 질은 공기중에서보다 몇배의 영향을 다이버에게 끼치므로 공기 충전시에는 주의를 필요로 한다. 일산화탄소는 무색 무취하며 혈액중에서 매우 빨리 퍼져 산소를 제거시킨다. (혈액중 산소량이 0.002 ATA 이하일 경우 치명적인 결과를 가져올 수 있다). 일산화탄소 중독이 특히 위험한 이유는 아무런 사전 중독 증세가 없이 혈액중 산소량을 떨어뜨리며 다이버는 이 사실을 상승시까지 자각하지 못하게 된다. 일산화탄소 중독증세는 두통, 현기증, 메스꺼움 등이 있으며 갑자기 정신을 잃을 수도 있다. 일산화탄소에 의한 오염이라는 의심이 가면 탱크의 공기를 빼고 청결한 공기로 다시 채워야 한다. 일산화탄소 중독일 경우 빨리 신선한 공기를 호흡하도록하며 병원을 찾아야 한다. 일산화탄소 중독을 방지하는 방법은 다이빙 전에 간단하게 호흡기로 숨을 쉬어서 그 맛이 깨끗하고 건조한지 냄새는 없는지 확인하는 것이 좋다. 다이빙 도중 메스껍고 현기증이 있을 경우에는 즉시 정상적인 상승속도로 수면으로 상승하여야 한다. ▣ 다른 혼합기체(NITROX) 스쿠바다이빙에는 여러 가지 개스들이 이용되고 있는데 그중에서 가장 일반적인 것이 "나이트록스"라는 혼합개스입니다. 이 나이트록스는 산소와 질소로 이루어져 있는데 보통 공기와는 다르게 산소의 비율이 더 높습니다. 아마도 다이빙 경력이 쌓이게 되면 혼합개스 다이빙에 관한 관심도 높아지게 될 것이고 이를 위한 여러 단체들이 혼합개스 다이빙에 관한 정보를 제공할 것이다. 충분한 사전 훈련이 없이 혼합개스를 사용하는 것은 안전상 상당히 위험하다는 것을 잊지 말아야 한다 ▣ 압력 우리 인간의 몸은 항상 대기압에 노출되어 있다. 그러나 일반적으로 우리는 비행기를 타거나 산을 오르내릴 때를 제외하고는 이를 잘 인식하지 못한다. 편의상 이 압력을 p.s.i.(pound/inch2)라고 하며 공기중과 수중 모두 이 단위를 사용한다. 물과 공기는 중량과 밀도를 갖고 있는데 이 밀도는 가변성이 있다. 1 ft2는 약 1.25온스의 무게를 갖고 있으며 해수의 경우 1 ft2의 해수는 약 64파운드, 담수는 62.4파운드를 갖는다. 이 압력은 해수에서 수심이 33피트씩 증가할 때 마다 14.7psi씩 증가한다. 다이빙을 할 때는 반드시 대기압과 수압을 고려해야 하며, 대기압과 수압의 합이 절대기압이 된다. 절대기압은 전체 공기압과 수압의 합을 말하며 만약 다이버가 해중 수심 33피트에 있다면 절대압은 29.4psi( 공기압 14.7 + 해수압 14.7 = 전체압 29.4)가 된다. ＊ 하강－상승 압력 압력은 다이버가 반드시 이해해야 할 내용이다. 이 압력은 다이버에게 있어 폐, 사이너스(뼈속의 빈공간), 장, 마스크, 잠수복 등 개스(공기)가 들어있는 모든 부분에 영향을 미치므로 특별한 주의가 필요하다. 하강시에는 공기가 들어 있던 자리는 응축하게 되고 반대로 상승시에는 팽창하게 된다. 이 팽창과 압축은 부력과 생화학적인 면에도 영향을 준다. 공기 중에서는 수 백피트를 상승해도 큰 이상을 느끼지 못하지만, 수중에서는 상대적으로 짧은 거리를 하강해도 큰 이상을 느끼게 된다. 1피트의 해수에서 나오는 압력은 64파운드를 144평방인치로 나눈 값이다. 1피트 높이 해수 1평방인치는 0.445psi의 압력을 갖고 있고, 여기에 33을 곱하면 14.7psi 즉 1기압이 된다. 해수 중에서 수심 매 33미터마다 새로운 기압(33피트=2기압, 66피트=3기압, 99피트= 4기압 ...)으로 바뀐다. 담수의 경우 해수보다는 좀더 깊이가 깊어진다. 다이버에게 느껴지는 가장 큰 상대압은 0-33피트 부근인데 그 이유는 1기압에서 2기압으로 배의 기압차가 나기 때문이며 반면 수심이 더 깊은 33-66피트의 상대압은 2기압에서 3기압으로 1.5배밖에 증가하지 않는다. 그러므로 33피트는 다이버에게 매우 중요한 지점이 된다. 압력이 공기의 부피에 어떻게 영향을 주는지 알아보기 위해 해수에서 1ft3 의 풍선을 준비한다. 이 풍선을 수심 33피트의 깊이로 가져오면 풍선의 부피는 원래보다 반으로 줄어들게 된다. 또한 66피트는 1/3의 부피가 된다. 이같은 부피와 압력과의 관계는 Bolye의 법칙으로 설명된다. ☞ 보일의 법칙 온도가 일정할 때 공기의 부피는 주변압이 증가함에 따라 같은 비율로 증가한다. 수심이 깊어짐에 따라 줄어드는 부피는 그 안의 밀도나 부피에도 영향을 또한 미치게 된다. 2기압에서 부피가 원래의 반으로 줄어들 때 그 밀도는 두 배로 증가하게 됨을 볼 수 있고, 마찬가지로 3기압에서는 1/3로 줄어든 부피에따라 그 밀도는 3배로 증가하게 된다. 여기서 우리가 주목해야 할 점은 부피의 변화가 곧 부력의 변화를 가져온다는 사실이다. 부피가 감소하고 밀도가 증가할 때 다이버의 부력은 감소하게 된다. 이와는 반대로 상승하는 다이버에게 미치는 압력은 감소하고 부피와 부력은 증가하게 된다. ▣ 기압상승 우리가 숨쉬는 공기는 기본적으로 질소가 약 79%, 산소는 21%로 구성되어 있다. 그밖에 몇가지 개스들이 더 있지만 소량으로 다이버에게 그리 큰 영향을 미치지 않기 때문에 이에 대한 설명은 하지 않기로 한다. 수심에 따라 절대압력은 앞에서 언급한 바와 같이 증가하게 되며, 압력이 증가하면 우리가 숨쉬는 공기중의 여러 개스들의 압력도 증가한다. 압력의 증가가 이들 혼합개스에 미치는 영향은 Dalton의 부분압에 관한 법칙으로 설명되어질 수 있다. ☞ 달톤의 법칙 혼합개스의 전체 압력은 혼합개스를 이루는 각 부분압의 합과 같다. 예를 들어 5기압 (수심 132ft)의 산소 부분압은 14.7psi가 되며, 수심 5기압 에서의 호흡은 해수면에서 100%의 산소를 호흡하는것과 같음을 알 수 있다. 0 ft에서 100%의 산소를 흡입하는 것은 문제가 되지 않지만 산소 중독에 걸릴 확률이 높다. 이는 왜 순수한 산소만 이용하는 다이빙은 특수한 훈련을 받은 다이버들에게만 허용이 되는지 설명해 준다. 8기압(231ft)에서 호흡하는 것은 1.6기압(19.8ft)에서 100%의 산소를 호흡하는 것과 동일한 효과를 나타낸다. 질소 역시 약 100ft까지 하강하면 독성을 갖게 되며, 33ft만 되어도 감압병을 일으킬 수 있다. 이런 이유들 때문에 스포츠 다이빙은 최고 5기압까지만 할 수 있다. 하지만 역시 초보 다아버들은 4기압 이내에서 다이빙을 하는 것이 좋다. ▣ 부력 스쿠바 다이빙에서 격게될 가장 큰 경험이라면 중성부력을 꼽을 수 있을 것이다. 다이버는 중성부력을 갖게 되었을 때 무중력의 느낌을 경험하게 된다. 다이버와 부력과의 관계를 이해하기 위해서는 먼저 여러분이 고등학교나 대학시절의 물리시간에 배웠을 `아르키메데스의 원리''와 `밀도''를 이해하고 있어야 한다. ☞ 아르키메데스의 원리 물에 일부 또는 전부 잠겨있는 물체는 상승한 물 높이만큼의 물 무게와 같은 힘에 의해 부력을 갖는다. 이 원리에 의하면 다음과 같은 생각을 할 수 있습니다. 즉, 한 다이버의 체중이 넘친 물보다 무거울 경우에는 가라앉게 되며, 가벼울 경우에는 반대로 뜨게 된다. 다이버의 체중이 정확히 뜨거나 가라앉는 무게의 사이에 있다면 중성부력을 갖고 있다고 말한다. 바꾸어 말하면 기본적으로 부력은 한 물체의 밀도와 관련이 있다. 밀도=질량/부피 이며 여기서 질량은 물질의 무게, 부피는 그 물질이 차지하는 공간을 뜻한다. 다이버에게 있어 질량(무게)의 변화를 가져오기는 어렵기 때문에 부피를 계속해서 변화시켜 부력을 조절해야 한다. 여러분은 우주비행사들처럼 우주에 나가지 않아도 무중력상태를 경험할 수 있다. 밀도=질량/부피 이므로 질량이 일정할 때 부피가 감소하면 밀도는 상승하고 부피가 증가하면 밀도는 감소한다. 중성부력을 갖기 위해서는 다이버는 계속해서 자신의 밀도를 조절함으로써 부력을 조절해야만 합니다. 다이버가 수중으로 하강할 때는 부력조절장치 안의 공기부피가 작아지게 되는데 이것은 물의 무게와 대기압에 의해 발생한다. 잃었던 부피를 다시 회복하기 위해서는 부력조절기에 공기가 주입되어야만 한다. 다이버가 상승할 때는 반대 현상이 잃어나는데 줄어드는 수압은 부력 조절기 안의 공기를 팽창시켜 부피가 커지게 합니다. 그러면 다이버는 자신의 위치를 유지하는데 필요한 공기를 제외하고는 제거시킬 수 있다. ▣ 빛 대부분 우리는 수중에서 눈을 뜰 수 있다. 하지만 눈이 해수에 직접적으로 노출될 때는 그리 좋은 감촉을 주는 것은 아니다. 어느정도 적응이 된 이후라야 볼 수 있고 그러나 이것도 사물을 뚜렷하게 볼 수는 없다. 이렇게 희미하게 보이는 것을 제거하기 위해 우리는 해수와 우리 눈 사이의 공간에 렌즈를 필요로 하게 되었다. 그러므로 마스크를 착용했을 경우 시야만 좋다면 아주 깨끗한 상을 얻게 되는 것이다. 하지만 마스크의 렌즈, 마스크 안의 공간, 눈의 렌즈 때문에 사물의 굴절과 확대된 상을 보게 된다. 즉, 25%정도 사물이 실제보다 크고 가깝게 보입니다. 이것을 잘 보여주는 예가 투명한 유리 컵 안에 있는 빨대인데 이때 빨대가 길쭉하게 꺽인 모습을 볼 수 있다. 물 속에는 많은 분자들이 떠다니고 있으며 많이 있는 경우 물의 투명도가 떨어져 탁하게 보인다. 혼탁한 물에서는 빛이 굴절되거나 회절, 반사, 확산등이 일어난다. 굴절 현상이란 빛이 어떤 물질을 통과할 때 휘어지면서 통과하는 것을 말하며, 회절이란 어떤 물체 주위에서 빛이 꺽이는 것을 일컫는다. 반사현상은 빛이 물체와 부딪쳤을때 튕겨 나오는 것을 의미하며, 확산이란 빛 알갱이들이 흩어지는 것을 말한다. 이 모든 현상은 동시에 같이 일어날 수 있고 다같이 다이버의 시야를 떨어뜨린다. 다이버에게 많은 볼거리를 제공하는 다이빙 장소들 중에는 시야가 좋지 않은 곳이 아주 많이 있는데 이런 곳에서 다이빙을 하기 위해서는 상당한 기술과 훈련이 필요하다. 그러므로 시야가 안좋은 곳에서의 다이빙을 하기 앞서 충분한 훈련과 기술습득이 있어야 하며 현재는 초보 수준이라는 것을 잊지 말아야 한다. ▣ 색 깨끗한 물에서 다이빙할 때도 우리가 볼 수 있는 색은 제한되어 있다. 아주 맑은 날 태양이 가장 밝은 정오에도 우리가 모든 색을 볼 수 있는 것은 아니다. 수정같이 맑은 물에서도 붉은색과 오렌지색은 수심 20피트도 안되는 지점부터 희미해지며, 30피트 이하에서는 전혀 볼 수가 없다. 노란색과 초록색, 파란색이 그 뒤를 이어 수심 약 70피트까지 보이며, 남색과 보라색이 제일 깊은 수심인 80피트 정도까지 보인다. 이렇게 색이 소실되는 현상을 `흡수''라고하며, 혼탁한 물에서는 빛의 흡수가 쉽게 일어난다. ▣ 소리 물의 밀도 때문에 수중에서의 음파는 공중에서보다 더 빨리 더 멀리 전달된다. 그러나 수중에서 사람의 귀는 소리를 들을 수는 있지만 소리가 들리는 쪽을 향해서는 초당 3,240에서 4,921피트의 속도로 음파가 오기 때문에 말을 할 수는 없습니다. 지상에서 우리가 오른쪽과 왼쪽 귀로 소리를 듣는데는 약간의 지연이 있어서 우리의 뇌에서 소리가 어떤 방향에서 오는지를 깨닫게 해준다. 그러나 수중에서는 이런 지연 현상이 뇌에서 판단하기에는 너무 짧은 시간이기 때문에 소리의 발생 방향을 결정 할 수가 없다. 다이버들은 손가락을 이용하여 의사를 전달하기도 한다. 다이빙을 처음 배우는 여러분도 국제 수신호를 꼭 숙지해야 한다.