問題と正解
問題： 空気がいっぱいに入ったコップを逆さまにして、空気を漏らさずにプールの底まで持って行きました。コップの中の空気の密度は、水面と比べてどうなりますか？
正解： 濃くなる
解説とまとめ
この問題では、水圧と空気の関係について問われています。日常ではあまり意識することのない空気の「密度の変化」ですが、ダイビングにおいては非常に重要な概念です。なぜなら、ダイビング中に吸う空気の性質は、水圧の影響を大きく受けるからです。
まずは、「空気の密度とは何か」という基本的なところから、順を追って説明していきましょう。
空気の密度とは？
空気の密度とは、一定の体積の中にどれだけ多くの空気分子が詰まっているかを表すものです。たとえば、1リットルの空間に100個の分子がある状態より、200個詰まっている状態のほうが密度が「濃い」と言えます。
この密度は、周囲の圧力によって変わります。圧力が高くなると、空気分子同士がぎゅっと押し込まれ、同じ体積の中により多くの分子が入るため、空気は「濃く」なるのです。
実験で考える空気の変化
今回の問題のように、「空気の入ったコップを逆さまにして水中に沈める」という実験を想像してみてください。ポイントは「空気が漏れていない状態」です。
この場合、コップの中には空気が閉じ込められており、水が入らないため、水中でも空気がそのまま保たれている状態になります。しかし、深くなるほど水圧が増すため、空気はその圧力を受けて体積が小さくなり、密度が高くなる＝濃くなるのです。
実際の変化のイメージ
水面では空気は1気圧にさらされています。しかし、コップをたとえば水深10メートルまで沈めると、空気は2気圧の圧力を受けることになります。
このとき、閉じ込められた空気の体積はおおよそ半分になります（ボイルの法則）。それにより、同じ空気分子が半分のスペースに押し込まれるため、密度が2倍＝濃くなるわけです。
このように、空気は圧力が高まると体積が小さくなり、その分密度が高まるという性質を持っています。
ダイビングとの関係性
この空気の性質は、実際のダイビングでも非常に重要です。たとえば、ダイバーが水深20メートル（＝3気圧）にいるとき、呼吸で吸う空気も3倍の密度になっているということです。つまり、肺に入る空気は水面と比べて非常に「濃い」のです。
その結果、次のようなことが起こります：
- 空気の消費が早くなる： 高密度の空気を吸っているため、1回の呼吸で消費する酸素や窒素の量も増加します。
- 体内に取り込まれる窒素の量が増える： 減圧症のリスクが高まる原因となります。
- 浮力調整が難しくなる： BCDに入れる空気も圧縮されるため、調整には注意が必要です。
このように、水圧が高くなることで空気の密度が増すという性質は、ダイバーの呼吸、行動、安全管理に大きく関係しているのです。
知っておきたい「ボイルの法則」
ここで触れておきたいのが、「ボイルの法則」です。
ボイルの法則とは：
気体の体積は、圧力が増すと反比例して小さくなる（温度が一定の場合）
つまり、圧力が2倍になれば体積は1/2に、3倍になれば1/3になります。この法則を頭に入れておくと、水中での空気の変化を直感的に理解することができます。
今回のコップの例でも、深く潜れば潜るほど水圧が高まり、空気の体積は縮み、密度は濃くなっていきます。これはダイビング中のタンク内の空気や、BCD、ドライスーツの空気にも同様に当てはまる現象です。
まとめ
今回の問題「空気がいっぱいに入ったコップを逆さまにして、空気を漏らさずにプールの底まで持って行った場合、空気の密度はどうなるか？」の正解は**「濃くなる」**です。
これは、水圧によって空気が圧縮され、**同じ量の空気がより小さい体積に押し込められるため、密度が高くなる（＝濃くなる）**という自然な現象です。
この知識は、ダイビングにおいても非常に役立ちます。以下のポイントをおさえておきましょう。
- 水圧が高くなると空気は圧縮され、密度が濃くなる
- 呼吸する空気も濃くなるため、消費量が増える
- 減圧症などのリスク管理に必要な知識
- 器材の動作にも影響するため、浮力調整などにも注意が必要
空気の密度の変化を理解することは、安全で快適なダイビングに欠かせない大切なステップです。水中という特殊な環境の中でも、物理法則はしっかりと働いています。原理を理解しておくことで、より楽しく、より安全なダイビングを実現しましょう。
出典：PADI OPEN WATER DIVER MANUAL