Định luật Boyle áp dụng cho môn Lặn biển như thế nào?

2024 Tác giả: Cyrus Reynolds | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-09 13:39

Một trong những hậu quả tuyệt vời của việc đăng ký khóa học lặn biển giải trí là có thể học một số khái niệm vật lý cơ bản và áp dụng chúng vào môi trường dưới nước. Định luật Boyle là một trong những khái niệm này.

Định luật Boyle giải thích thể tích của một chất khí thay đổi như thế nào theo áp suất xung quanh. Nhiều khía cạnh của vật lý lặn với bình dưỡng khí và lý thuyết lặn trở nên rõ ràng khi bạn hiểu định luật khí đơn giản này.

Định luật Boyle là:

PV=c

Trong phương trình này, “P” biểu thị áp suất, “V” biểu thị thể tích và “c” biểu thị một số không đổi (cố định).

Nếu bạn không phải dân toán, điều này nghe có vẻ khó hiểu. Nhưng, đừng tuyệt vọng. Phương trình này nói rằng đối với một loại khí nhất định - chẳng hạn như không khí trong thiết bị bù nổi của người lặn biển (BCD) - nếu bạn nhân áp suất xung quanh khí với thể tích khí, bạn sẽ luôn có cùng một số.

Vì đáp án của phương trình không thể thay đổi (đó là lý do tại sao nó được gọi là hằng số), chúng ta biết rằng nếu chúng ta tăng áp suất xung quanh một chất khí (P), thì thể tích của khí (V) phải nhỏ hơn. Ngược lại, nếu chúng ta giảm áp suất xung quanh chất khí thì thể tích của chất khí sẽ lớn hơn. Đó là nó! Đó là toàn bộ định luật của Boyle.

Gần như. Cácchỉ có khía cạnh khác của Định luật Boyle mà bạn cần biết là định luật chỉ áp dụng ở nhiệt độ không đổi. Nếu bạn tăng hoặc giảm nhiệt độ của một chất khí, phương trình sẽ không hoạt động nữa.

Áp dụng Định luật Boyle

Định luậtBoyle mô tả vai trò của áp suất nước trong môi trường lặn. Nó áp dụng và ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của môn lặn biển. Hãy xem xét các ví dụ sau:

• Xuống- Khi một thợ lặn đi xuống, áp suất nước xung quanh anh ta tăng lên, khiến không khí trong thiết bị lặn và cơ thể của anh ta chiếm một thể tích nhỏ hơn (nén).
• Đi lên- Khi một thợ lặn đi lên, áp suất nước giảm, do đó Định luật Boyle nói rằng không khí trong bánh răng và cơ thể của anh ta giãn nở để chiếm một thể tích lớn hơn.

Nhiều quy tắc và quy trình an toàn khi lặn với bình dưỡng khí đã được tạo ra để giúp thợ lặn bù đắp cho sự nén và giãn nở của không khí do sự thay đổi của áp suất nước. Ví dụ: sự nén và giãn nở của khí dẫn đến nhu cầu cân bằng tai của bạn, điều chỉnh BCD và dừng an toàn.

Ví dụ về Định luật Boyle trong Môi trường Lặn

Những ai đã từng lặn biển đều đã được tận mắt trải nghiệm Định luật Boyle. Ví dụ:

• Đi lên- Khi người thợ lặn đi lên, áp suất nước xung quanh anh ta giảm và không khí trong BCD của anh ta nở ra. Đây là lý do tại sao anh ấy phải giải phóng không khí dư thừa từ BCD của mình khi anh ấy đi lên - nếu không, không khí giãn nở sẽ khiến anh ấy mất kiểm soát về khả năng nổi của mình.
• Xuống- Khi người thợ lặn đi xuống, áp suất nước xung quanh anh ta tăng lên, nén không khí vàotai của anh ấy. Anh ấy phải cân bằng áp suất trong tai để tránh bị đau và có thể bị chấn thương tai gọi là chấn thương tai.

Quy tắc an toàn khi lặn với bình dưỡng khí bắt nguồn từ định luật Boyle

Luật của Boyle giải thích một số quy tắc an toàn quan trọng nhất trong lặn biển.

Đây là hai ví dụ:

1. Đừng Giữ Hơi Thở Dưới Nước -Theo các tổ chức đào tạo lặn, một thợ lặn không bao giờ được nín thở dưới nước vì nếu anh ta lên cao (thậm chí vài feet) đến một khu vực khi áp suất nước thấp hơn, không khí bị mắc kẹt trong phổi của anh ta sẽ nở ra theo Định luật Boyle. Không khí giãn nở có thể kéo căng phổi của người lặn và dẫn đến chấn thương phổi. Tất nhiên, điều này chỉ xảy ra nếu bạn lên cao trong khi nín thở và nhiều tổ chức lặn kỹ thuật sửa đổi quy tắc này thành "Đừng nín thở và đi lên."
2. Đi lên từ từ -Cơ thể của một thợ lặn hấp thụ khí nitơ nén trong khi anh ta lặn. Khi anh ta đi lên độ sâu với áp suất nước nhỏ hơn, khí nitơ này nở ra theo Định luật Boyle. Nếu một thợ lặn không lên đủ chậm để cơ thể loại bỏ khí nitơ đang giãn nở này, nó có thể tạo thành các bong bóng nhỏ trong máu và mô của anh ta và gây ra bệnh giảm áp.

Tại sao nhiệt độ không đổi lại cần thiết để sử dụngcủa Boyle

Như đã nói ở trên, Định luật Boyle chỉ áp dụng cho các chất khí ở nhiệt độ không đổi. Làm nóng một chất khí khiến nó nở ra và làm lạnh một chất khí khiến nó nén lại.

Một thợ lặn có thể chứng kiến hiện tượng này khi họ nhấn chìm một bình lặn ấm vào nước lạnh hơn. Đồng hồ đo áp suấtchỉ số của bình ấm sẽ giảm xuống khi bình ngập trong nước mát do khí bên trong bình nén.

Các chất khí đang trải qua sự thay đổi nhiệt độ, cũng như sự thay đổi độ sâu, sẽ phải có sự thay đổi về thể tích khí do sự thay đổi nhiệt độ, và định luật đơn giản của Boyle phải được sửa đổi để tính đến nhiệt độ.

Định luậtBoyle cho phép thợ lặn dự đoán không khí sẽ hoạt động như thế nào trong khi lặn. Luật này giúp các thợ lặn hiểu được lý do đằng sau nhiều hướng dẫn an toàn của môn lặn biển.