'씽 쿠'가 들려주는 스쿠버 다이빙 이야기(13) 잠수 과학 부력 편

'초심자'도 쉽게 이해할 수 있도록 쓴 스쿠버 다이빙 이야기 잠수 과학-부력 편!

 

스쿠버 다이빙에 관한 이모저모! 부력에 대해 한번 다루기도 했꼬 스쿠버 다이빙을 하시는 분들이라면 상식적으로 원리에 대해 다들 알고 계시겠지만 좀 더 자세한 과학 원리에 대해 알아볼까요? ㅎㅎ

 

'씽 쿠'가 깔끔하고 심플하게 정리해 드리겠습니다 :)

저번 포스팅에선 '물과 공기의 특성'에 대해 알아보았죠? 저번 잠수 과학에 이어서 이번엔 '부력의 개념'에 대해 알아보려고 해요! ㅎㅎ 이번에도 쉬어가는 느낌의 포스팅이니 편안한 마음으로 봐주세요.ㅎㅎ 그럼 본격적으로 시작해 볼까요?

 

부력

물체를 물에 담그면 어떤 것은 뜨고, 어떤 것은 가라앉으며, 또 어떤 것은 바닥과 수면 사이에서 뜨지도 가라앉지도 않고 그대로 있죠? 이 물체들은 밀도가 서로 다르기 때문에 뜨는 정도가 다릅니다. 즉 부력이 다르게 작용하고 있는 거죠! 이러한 부력을 잘 이해하고 조절한다면 잠수를 편하게 할 수 있겠죠?

 

아르키메데스

그리스 철학자 아르키메데스(Archimedes)는 목용통 속에 들어가 앉을 때 수면 위로 올라가는 것을 목격했는데요. 그는 이 사실과 다른 실험으로부터 '유체에 잠긴 물체는 그 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같은 크기로 위로 향한느 힘을 받는다'라는 사실을 알아내었죠.

 

*유체란? 물리적으로 봤을 때, 외부에서 열이나 압력을 가하지 않은 본래 상태의 액체와 기체를 총칭

 

이 현상을 일상에서도 쉽게 관찰할 수 있는데요. 물이 가득 담긴 설거지통에 접시나 그름을 넣으면 물이 밖으로 넘치죠? 넘치는 물의 양이 밀려난 유체의 부피인데요. 설거지통 말고 다른 걸 예로 들어볼게요.

 

물컵에 물을 가득 넣고 탁구공을 물컵 위에 올려놓으면 탁구공이 물에 뜹니다. 하지만 이걸 힘으로 밀어넣으면 물이 넘치면서 탁구공은 들어갑니다. 탁구공과 넘친 물의 무게를 재어보면 물의 무게가 탁구공보다 무거운데요. 물의 무게에는 탁구공+우리가 밀어 넣으려 준 힘의 무게가 합쳐진 무게인 거죠.

 

이를 절리해보면 어떤 물체에 의해 넘친 유체의 무게가 물체 자신의 무게가 물체 자신의 무게보다 더 무거우면 그 물체는 뜨고, 유체의 무게가 물체의 무게보다 가벼우면 물체는 가라앉습니다. 그리고 물체의 무게와 유체의 무게가 같으면 중간에 떠다니게 되는 거죠.

 

양성부력, 중성부력, 음성부력

부력은 수면에 뜨게 하거나, 상승시키거나, 중간에 떠다니거나, 또는 천천히 가라앉게 하거나 하여 항상 위로 작용하는데요. 다이버들은 이런 물의 부력을 납의 무게(웨이트)와 BC 또는 건식 잠수복 내부의 공기량으로 조절합니다.

 

▶양성부력

어던 물체가 뜬다는 것은 그 물체가 밀어낸 물의 무게가 물체의 무게보다 더 무겁다는 것을 의미하는데요. 다른 말로 표현하면 그 물체의 밀도는 물의 밀도보다 작다는 것입니다. 잠수하기 전 또는 잠수가 끝난 다음 수면에서 떠 있을 수 있도록 충분히 부력을 확보해야 합니다!

 

▶중성 부력

어떤 물체가 중성 부력 상태이면 그 물체는 떠다니게 되는데요. 이때는 물체의 무게와 부력의 크기가 같습니다. 잠수 중에는 항상 중성 부력 상태가 되어야 합니다!

 

▶음성 부력

어던 물체의 무게가 자신이 밀어낸 물의 무게보다 더 무거우면 그 물체는 가라앉게 되는데요. 그물체의 밀도는 물볻 ㅏ크기 때문에 물에 의한 부력이 물체를 띄우거나 떠다니게 할 수 없습니다. 수면에서 하잠을 하기 위해선 음성 부력 상태가 되어야겠죠?

부력에 영향을 주는 요인

자기 자신의 무게(몸무게)와 전체 부피가 부력에 영향을 끼치는데, 전체 무게에는 체중과 장비들(잠수복, 납벨트, 스쿠버 세트)의 무게가 포함됩니다. 전체 부피에는 (몸의 크기, 잠수복 재질의 두께 그리고 장비 부피)가 포함됩니다. 밀도는 단위 부피당 질량으로 정의되는데 잠수복의 네옾론 재질 안에는 수천 개의 질소 기포가 들어있어 물의 밀도보다 아주 작습니다

 

6mm잠수복을 완전히 입고 다른 장비 없이 물속에 뛰어들면 수면 아래로 하잠을 시도해보면 하잠이 불가능하다느 ㄴ것을 알 수 있습니다.

 

잠수를 하다 보면 잠수가 진행되는 동안 부력이 어떻게 변하는지를 이해할 수 있는데요. 하잠을 하면 수압이 증가해 잠수복의 기포는 압축되고, 기포가 압축되면 잠수복의 부피가 줄게 되어 부력도 그만큼 작아지게 됩니다. 그리고 수심이 깊어질수록 점점 더 빨리 가라앉게 되죠.

 

이러한 부력 손실을 보정하려면 BC에 공기를 넣어 부피를 크게 해야합니다. 그러면 손실된 부력을 회복할 수 있게 됩니다

 

잠수가 끝나고 상승 할 때에는압력이 감소하기 때문에 잠수복의 기포와 BC내부의 공기가 팽창합니다. 수면에 가까워질수록 상승 속도도 빨라지죠. 빨리 올라가는 것을 방지하기 위해서 BC의 공기를 빼야합니다. 상승 속도를 제어하지 못하면 굉장히 위험해집니다!(금기사항 편! 다들 기억하시죠?)

 

물의 밀도 또한 부력에 영향을 끼치는데요. 바닷물에는 무기물이 녹아있끼 때문에 밀물보다 약 2.5% 정도 무겁다고 합니다. 다라서 바다에서 잠수를 할 때는 부력을 더 크게 받기 때문에 수영장에서 잠수할 때보다 납을 더 많이 차야 합니다! 만일 바다에서 중성 부력 상태였다면 민물로 갈 때 바다에서 사용하던 납벨트를 그냥 그대로 사용하면 가라앉습니다.

바다와 민물처럼 밀도가 다른 물에서 잠수할 때는 항상 부력 점검을 다시 하여야 합니다. 바닥에 닿거나 앉는 행위, 산호나 다른 생물 위에 올라서는 행위 등은 해양 생물들을 다치게 하거나 죽이게 됩니다.

 

부력조절을 잘 하지 못하면 수중에서 활동하기 매우 불편하며, 위험하기까지 하는데요. 그리고 이러한 다이버들은 자신의 기술이 미숙하거나, 자신이 사려 깊지 못하거나 무분별한 다이버라고 표시를 내는 것과 같습니다. 이글을 보시는 분들은 다들 매너 있는 다이버잖아요 그렇죠?

부력은 워낙 중요한 주제라 여러 번 다루게 되는 것 같아요.

다들 이번 포스팅이 도움 되셨스면 좋겠어요!

저는 다음에 더 알찬 포스팅으로 돌아오도록 하겠습니다

오늘도 좋은 하루 보내시고 다음에 봬요!