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SCUBAMALL
무게감 없는 세계
james
10-05-06 00:00
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무게감 없는 세계
어떤 다이버들은 다이빙 경험을 “무게감 없는” 것으로 감동적으로 과장하나 물리학적 관점에서 구체적으로 들여다 보면 우리는 수중에서 무게감이 없지는 않으며, 지구의 인력은 당신의 무게를 육지에서와 같은 힘으로 끌어당깁니다. 이 때문에 당신은 수중에서 거꾸로 있는지 머리를 위로 하고 있는지 느낄 수 있고(진정한 인력 제로의 상태에서 우주비행사들은 이렇게 느끼지 않는다), 긴장을 풀고 재주를 넘을 때 가장 무거운 지점을 바닥에 가깝게 위치하게 만드는 것이며, 그러나 테크니컬한 측면에서 당신은 무게감이 없지는 않으나 다이빙에서 부력은 인력에 대항하는 힘을 제공하기 때문에 이와 비슷한 경험을 가질 수 있게 합니다.
비중
과학자들은 고체 또는 액체가 물속에서 뜨고 가라앉는 경향을 비중(specific gravity)으로 측정하며, 비중은 주어진 물질 또는 물체의 밀도를 순수 물의 밀도에 비율로써 비교하게 되고, 순수한 물이 표준이 되어 비중 1.0 이 됩니다. 순수한 물보다 낮은 밀도를 가진 것은 1.0 이하의 비중을 가지게 되고 순수한 물에서 가라앉게 되며, 이것은 부력의 압상력이 아래로 당기는 중력보다 적기 때문이고, 비중 1.0을 가지는 물체는 순수한 물에서 뜨지도 않고 가라앉지도 않게 되며, 중력과 부력의 균형으로 그 물체는 수중에서 중성부력을 유지하게 됩니다(조류나 다른 힘이 이 물체에 작용하지 않는다는 가정 하에). 참고로 기체는 표준 온도와 압력(STP/Standard Temperature and Pressure를 이용하는데 이는 1.0바/대기압에서 273K 온도 하에 공기의 밀도를 기초로 측정됩니다.
부력의 상태를 나타내는 양성, 중성, 그리고 음성부력에 대해서 이미 들었을 것이며, 뜨는 물체를 양성부력을 가졌다고 하고 가라앉는 물체는 음성부력을, 가라앉지도 뜨지도 않는 물체를 중성부력을 가졌다고 말합니다. 이 세 번째 상태(중성부력)가 최고의 효율로 수중에서 자유롭게 움직일 수 있게 해 주기 때문에 우리는 모두 수중에서 중성부력을 성취하고자 애쓰는 것입니다.
당신의 부력 특징들은 신체의 다양한 조직의 비율에 따라 달라지며, 각 조직은 다른 비중을 가지고 있고 우리 모두 총 비중은 다르고, 예를 들어 지방조직은 비중 0.7에서 0.9를 가지고, 뼈는 약 1.9, 근육은 1.08의 비중을 가집니다. 지방 대 근육의 비율 등과 같은 요인들에 따라 사람들은 비중이 1.0 에 가깝게 가지나 1.0보다 높은 지방 비율을 가진 사람들은 잘 뜨게 됩니다. 1.0보다 낮은 지방 비율을 가진 사람들은 순수한 물에서 가라앉게 될 것이며, 그러나 당신의 장비, 특히 웨트슈트나 드라이슈트는 해당 무게를 늘리지 않으면서 더 많은 물을 전위시키게 되고, 아주 적은 지방 조직을 가진 사람이라 해도 웨트슈트 또는 드라이 슈트를 착용하는 경우에는 슈트의 부력을 보상하기 위해 웨이트를 착용해야 하는 경우가 많습니다.
당신의 웨이트 필요량은 민물과 바닷물에 따라 달라지며, 어떤 다이버는 다른 사람들보다 웨이트가 더 필요할 수도 있고, 노출복을 바꿀 경우 웨이트 양을 조절할 필요가 역시 있으며, 이 비중이 그 이유를 설명해 줍니다.
우리가 비중 1.0을 기준으로 이야기하고 있으나 대부분의 경우 순수한 물에서 다이빙 하지는 않으며, 해수의 경우 비중이 약 1.03정도가 되어 비중 1.0을 가진 물체는 해수에서 중성부력이 되는 것이 아니라 양성부력을 가지게 됩니다. 해수에서 중성부력이 되려면 물체의 비중이 1.03이 되어야 하고, 이 때문에 다이버로서 당신의 부력을 결정하는데 일반적인 비중을 사용하지 않으며, 심지어는 민물에서도 비중은 서로 달라지기 때문에 친숙하지 않은 환경에서 또는 새로운 장비 때문에 필요한 웨이트를 결정할 때 부력점검(기억하고 있듯이 정상 호흡을 참고 BCD의 모든 공기를 뺀 상태에서 눈높이로 뜨도록 웨이트 양을 조절하며, 그리고 다이빙 동안 사용할 공기의 무게를 생각하여 풀 탱크인 경우 2kg을 더하도록 합니다)을 실행하는 것이 가장 실용적인 방법이 됩니다.
부력의 개념을 이해함으로 당신은 실질적인 다이빙 문제들을 해결할 수 있게 되는데, 실수로 바다에 떨어진 크고 비싼 모터보트 엔진을 회수하려고 한다고 가정해보면, 몇 가지 숫자를 알아낼 수 있다면 당신은 아주 쉽게 이 엔진을 수면까지 회수할 수 있는데 필요한 부력을 알아낼 수 있습니다(참고: 수학을 간단하게 하기 위해 다음 예를 미터식 숫자들을 적용) 엔진 사용설명서를 보고 엔진의 무게가 물 밖에서 100kg이 나간다는 것을 알아냈으며, 당신은 이 엔진의 무게를 보상하기 위해 얼마나 부력(가라앉은 엔진에 이미 작용하고 있는 부력 위에 추가해야 할 부력)을 추가해야 하는지 알기를 원합니다.
첫째, 당신은 이미 존재하는 부력을 결정하고, 이는 이 엔진으로 전위된 물의 부피의 무게와 동등하며, 이 엔진이 20리터 무게로 하면 20.6킬로그램의 바닷물을 전위시키고, 이 엔진에 이미 작용하는 부력은 20.6kg이 됩니다.
이제 문제는 간단하게 이 힘에 반대하는 균형의 문제가 되며, 100kg의 아래로 작용하는 힘(중력-엔진의 무게)에 대항하는 20.6kg의 압상력(부력)을 계산한 후에 여전히 남아있는 음성부력 100kg-20.6kg=79.4kg으로, 79.4kg만큼의 추가적인 부력이 필요하게 됩니다.
인양기구(인양백 또는 인양드럼)의 무게를 무시하고 남아있는 음성부력을 보상하기 위해서 얼마만큼의 물이 전위되어야 하는가는 바닷물의 무게로 이 음성부력을 나누면 된다. 79.4kg=77.09리터의 물이 전위되어야 합니다.) 실제적으로 이 만큼의 공기 부피를 인양 기구에 더함으로 물을 전위시키고 이에 더하여 특정 형태의 인양기구의 음성부력을 보상하기 위해 충분한 공기를 더해야 할 것입니다.
이 문제에서 우리는 인양 기구에 넣어야 할 공기의 무게를 무시했으나, 기술적으로 공기의 무게는 아래로 작용하는 힘에 추가되나, 그 무게가 아주 미미하여 계산할 가치가 없고 이 때문에 우리는 공기가 전혀 무게가 나가지 않는 것처럼 공기량으로 부력을 결정하게 됩니다.
참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
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