กฎของบอยล์ประยุกต์กับการดำน้ำลึกได้อย่างไร?

2024 ผู้เขียน: Cyrus Reynolds | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-09 10:30

ผลที่ตามมาอันน่าอัศจรรย์อย่างหนึ่งของการลงทะเบียนเรียนในหลักสูตรการดำน้ำแบบสกูบาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจคือการเรียนรู้แนวคิดฟิสิกส์พื้นฐานและนำไปใช้กับสภาพแวดล้อมใต้น้ำ กฎของบอยล์เป็นหนึ่งในแนวคิดเหล่านี้

กฎของบอยล์อธิบายว่าปริมาตรของก๊าซแปรผันตามความดันโดยรอบอย่างไร หลายแง่มุมของฟิสิกส์การดำน้ำลึกและทฤษฎีการดำน้ำจะชัดเจนขึ้นเมื่อคุณเข้าใจกฎแก๊สง่ายๆ นี้แล้ว

กฎของบอยล์คือ:

PV=c

ในสมการนี้ “P” แทนแรงกด “V” หมายถึงปริมาตร และ “c” แทนค่าคงที่ (คงที่)

ถ้าคุณไม่ใช่นักคณิตศาสตร์ อาจฟังดูสับสน แต่อย่าสิ้นหวัง สมการนี้ระบุว่าสำหรับก๊าซที่กำหนด เช่น อากาศในอุปกรณ์ชดเชยการลอยตัวของนักประดาน้ำ (BCD) หากคุณคูณความดันรอบ ๆ ก๊าซด้วยปริมาตรของก๊าซ คุณจะลงเอยด้วยตัวเลขเดียวกันเสมอ

เพราะคำตอบของสมการเปลี่ยนไม่ได้ (นั่นคือสาเหตุที่เรียกว่าค่าคงที่) เรารู้ว่าถ้าเราเพิ่มความดันรอบ ๆ แก๊ส (P) ปริมาตรของแก๊ส (V) จะต้องน้อยลง. ในทางกลับกัน ถ้าเราลดความดันรอบๆ แก๊ส ปริมาตรของแก๊สก็จะมากขึ้น แค่นั้นแหละ! นั่นคือกฎทั้งหมดของบอยล์

เกือบๆ ดิอีกแง่มุมหนึ่งของกฎของบอยล์ที่คุณต้องรู้ก็คือกฎหมายจะใช้ที่อุณหภูมิคงที่เท่านั้น หากคุณเพิ่มหรือลดอุณหภูมิของแก๊ส สมการจะไม่ทำงานอีกต่อไป

ใช้กฎของบอยล์

กฎของบอยล์อธิบายบทบาทของแรงดันน้ำในสภาพแวดล้อมการดำน้ำ มันใช้และส่งผลกระทบต่อหลายแง่มุมของการดำน้ำลึก พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้:

• Descent- เมื่อนักประดาน้ำลงมา แรงดันน้ำรอบๆ เขาจะเพิ่มขึ้น ทำให้อากาศในอุปกรณ์ดำน้ำและร่างกายของเขามีปริมาตรน้อยลง (บีบอัด)
• Ascent- เมื่อนักประดาน้ำขึ้นไป แรงดันน้ำจะลดลง ดังนั้นกฎของบอยล์จึงระบุว่าอากาศในเกียร์และลำตัวของเขาจะขยายตัวเพื่อให้มีปริมาตรมากขึ้น

กฎความปลอดภัยและระเบียบการหลายอย่างในการดำน้ำถูกสร้างขึ้นเพื่อช่วยนักประดาน้ำชดเชยการบีบอัดและการขยายตัวของอากาศเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันน้ำ ตัวอย่างเช่น การบีบอัดและการขยายตัวของก๊าซทำให้จำเป็นต้องปรับหูของคุณให้เท่ากัน ปรับ BCD ของคุณและหยุดความปลอดภัย

ตัวอย่างกฎของบอยล์ในสภาพแวดล้อมดำน้ำ

ผู้ที่เคยดำน้ำได้สัมผัสกฎของบอยล์มาแล้ว ตัวอย่างเช่น:

• Ascent- เมื่อนักประดาน้ำขึ้นไป แรงดันน้ำรอบตัวเขาจะลดลง และอากาศใน BCD ของเขาจะขยายตัว นี่คือเหตุผลที่เขาต้องปล่อยอากาศส่วนเกินออกจาก BCD ของเขาในขณะที่เขาขึ้นไป มิฉะนั้น อากาศที่ขยายตัวจะทำให้เขาสูญเสียการควบคุมการลอยตัวของเขา
• Descent - เมื่อนักประดาน้ำลงมา แรงดันน้ำรอบตัวเขาจะเพิ่มขึ้น อัดอากาศเข้าไปหูของเขา เขาต้องปรับความดันในหูให้เท่ากันเพื่อหลีกเลี่ยงความเจ็บปวดและอาการบาดเจ็บที่หูที่เรียกว่า barotrauma หู

กฎความปลอดภัยในการดำน้ำลึกที่ได้มาจากกฎหมายของบอยล์

กฎของบอยล์อธิบายกฎความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดบางประการในการดำน้ำ

นี่คือสองตัวอย่าง:

1. อย่ากลั้นหายใจใต้น้ำ - ตามองค์กรฝึกอบรมการดำน้ำ นักประดาน้ำไม่ควรกลั้นหายใจใต้น้ำ เพราะถ้าเขาขึ้นไป (แม้จะไม่กี่ฟุต) ไปยังพื้นที่ ด้วยแรงดันน้ำที่น้อยกว่า อากาศที่ติดอยู่ในปอดของเขาจะขยายตัวตามกฎของบอยล์ อากาศที่ขยายตัวสามารถยืดปอดของนักประดาน้ำและนำไปสู่ barotrauma ในปอดได้ แน่นอนว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อคุณขึ้นไปในขณะที่กลั้นหายใจ และองค์กรดำน้ำด้านเทคนิคหลายแห่งได้แก้ไขกฎนี้เป็น "อย่ากลั้นหายใจและขึ้นไป"
2. ขึ้นช้าๆ - ร่างกายของนักประดาน้ำดูดซับก๊าซไนโตรเจนอัดในขณะที่เขาดำน้ำ เมื่อเขาขึ้นสู่ระดับความลึกโดยมีแรงดันน้ำน้อยลง ก๊าซไนโตรเจนนี้จะขยายตัวตามกฎของบอยล์ หากนักประดาน้ำไม่ขึ้นไปช้าพอที่ร่างกายจะกำจัดก๊าซไนโตรเจนที่ขยายตัวออกไป ก็สามารถสร้างฟองเล็กๆ ในเลือดและเนื้อเยื่อของเขาและทำให้เกิดอาการป่วยจากการกดทับได้

ทำไมต้องใช้อุณหภูมิคงที่ของบอยล์

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น กฎของบอยล์ใช้กับก๊าซที่อุณหภูมิคงที่เท่านั้น การให้ความร้อนกับแก๊สจะทำให้ขยายตัว และการทำให้แก๊สเย็นลงจะทำให้เกิดการกดทับ

นักประดาน้ำสามารถเห็นปรากฏการณ์นี้ได้เมื่อจุ่มถังสคูบาอุ่นลงไปในน้ำเย็นจัด เกจวัดแรงดันการอ่านค่าของถังอุ่นจะลดลงเมื่อแช่ถังในน้ำเย็นขณะที่ก๊าซภายในถังบีบอัด

ก๊าซที่มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตลอดจนความลึกเปลี่ยนแปลง จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรก๊าซอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และกฎง่ายๆ ของบอยล์จะต้องถูกปรับเปลี่ยนตามอุณหภูมิ

กฎของบอยล์ช่วยให้นักดำน้ำคาดการณ์ว่าอากาศจะมีพฤติกรรมอย่างไรในระหว่างการดำน้ำ กฎหมายฉบับนี้ช่วยให้นักดำน้ำเข้าใจเหตุผลเบื้องหลังหลักเกณฑ์ด้านความปลอดภัยของการดำน้ำจำนวนมาก