בוודאי הזדמן לכם, אי פעם, להימצא במעלית שנעה במהירות. האם אתם זוכרים את תחושת "האזניים הסתומות" שחשתם? ובדומה לכך, וודאי הרגשתם תחושה כזו אם הייתם במטוס המשנה במהירות את גובהו. תחושות אלו, וכן הסכנות שבצלילה למעמקים קשורות בשינויי לחץ ומוסברות בעזרת חוק בויל.
רוברט בויל אשר פעל במחצית השניה של המאה ה-17, ביצע ניסויים רבים בהם בדק את ההתנהגות של גזים בתנאים שונים. הוא סיכם את תוצאות הניסויים בעזרת ביטוי מתמטי הקובע כי עבור מדגם נתון של גז כלשהו בטמפרטורה קבועה, מכפלת הנפח (V) בלחץ (P) הינה קבועה (K):
האיור הבא ימחיש את המסקנה מן הניסויים שביצע בויל:

ובתוכו מדגם של גז הכלוא על-ידי כספית.
היות וקצהו הארוך של הצינור פתוח לאוויר מופעל עליו לחץ של אטמוספירה אחת.
בתנאים אלה, נפחו של מדגם הגז הכלוא הוא 60 מ"ל והוא נתון, כאמור, בלחץ של אטמוספירה אחת.
לצינור הוסיפו כספית עדשהבדלי הגבהים בין שני

 

 

 

בתנאים אלו מופעל על מדגם הגז לחץ של שתי אטמוספירות: אחת מלחץ האוויר החיצוני והשניה מן הכספית שהוספה. ואז, נפח הגז הכלוא הוא 30 מ"ל, כלומר מחצית מן הערך הקודם.

P * V = K
1 at * 60 ml = 60 at*ml
2 at * 30 ml = 60 at*ml

מהו הקשר בין ביטוי מתמטי זה ובין צלילה? ראשית, הלחץ המופעל על-ידי עמוד מים גדול יותר מן הלחץ המופעל על- ידי עמוד אוויר בגובה דומה. האיור הבא ימחיש זאת:

באיור מוצג כלי דמוי צינור, עם שני ברזים בגבהים שונים – א. ו-ב. לכלי הכניסו מים ופתחו את שני הברזים.
המרחק אליו מגיע זרם המים מהברז התחתון גדול יותר מן המרחק אליו מגיע הזרם היוצא מן הברז העליון.
דבר ה מעיד על כך שלחץ המים בנקודה ב. גדול יותר מלחץ המים בנקודה א.

מה קורה לגופים הנתונים בגבהים שונים מתחת לפני המים? ננסה להמחיש זאת בעזרת בלון מנופח. נניח כי יש לנו בלון שבלחץ אטמוספירי ניפחו 12 ליטרים. אם מחזיקים את הבלון הזה בעומק של 10 מטרים מתחת לפני הים, מופעל עליו לחץ של שתי אטמוספירות (לחץ של אטמוספירה אחת בגלל האוויר, ולחץ של אטמוספירה נוספת בגלל לחץ המים על הבלון).

אם נתבונן בביטוי שהובא עבור חוק בויל, נמצא כי נפח הבלון, בתנאים אלה יהיה חצי מערכו בגובה פני הים, כלומר, 6 ליטרים (ראו איור).

P * V = K
1 at * 12 l = 12 at*ml
2 at * 6 l = 12 at*ml

בגוף האדם ישנם מספר איזורים דחיסים המתנהגים במידה מסוימת כמו הבלון שתואר:

בין איזורים אלה נמנים הריאות וגם הסינוסים וחללי האזניים. מכאן שכאשר צוללן נמצא מתחת פני הים מתנהגות ריאותיו בדומה להתנהגות הבלון:

כיצד ניתן ליישם את מה שנאמר לגבי צלילה והתנהגות נכונה של צוללנים? כאמור נפח הריאות קטן ככל שעומק הצלילה גדל:

מאידך, ברור שאף אחד לא ינסה, באופן רצוני, לצלול למעמקים ללא ציוד מתאים:       

אלא שגם אז יש לשמור על כללי הזהירות, ואחד מהם סיבתו בחוק בויל. אחד הדברים החשובים מהם חייבים צוללנים להזהר הוא – לא לעצור את נשימתם כאשר הם בעומק מתחת פני הים. חישבו על כך!

צוללנים הנמצאים בעומק, נושמים את הגז מן המיכל שהם נושאים עימם, כלומר גז הנמצא בלחץ המתאים לעומק בו הם שרויים. אם הם ינשמו גז זה, ישמרו אותו בריאות ויעלו כלפי מעלה, הלחץ בריאות ישאר גבוה, אך לעומת זאת הלחץ החיצוני על הריאות יקטן ודבר זה יגרום לכך שנפחן יגדל בהתאם, וקיימת סכנה רבה שבתנאים אלה עלולות הריאות להתפוצץ.