Tại sao tàu ngầm có thể lặn xuống và nổi lên?
Lịch sử phát triển kính thiên văn dụng cụ quang học của ngành vật lý thiên văn
Tàu ngầm một loại phương tiện tối tân giúp con người có thể lặn sâu dưới biển khám phá đại dương cũng như các hoạt động quân sự nhắm đến các mục đích khác nhau trên biển.
Tại sao tàu ngầm có thể lặn xuống và nổi lên?
Khi bạn ném một hòn đá xuống nước chắc chắn nó sẽ chìm xuống, với trọng lượng lên tới cả nghìn tấn vậy tại sao tầu ngầm không chìm nhanh như ném 1 cục sắt 1kg xuống nước. Bí mật của tầu ngầm nằm ở cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nó.
Tàu ngầm hoạt động dựa trên nguyên lý lực đẩy Ác-si-mét và định luật Pascal về áp suất của chất lỏng. Về cơ bản khi một vật “chui” vào trong lòng chất lỏng không phải nó cứ chìm mãi mà nó chỉ chìm đến khi lực đẩy Ác-si-mét cân bằng với trọng lực tác dụng lên vật đó, vật sẽ nổi nếu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lực và ngược lại => muốn lặn (chìm) xuống sâu hơi thì tàu ngầm phải có khả năng thay đổi trọng lượng của nó và điều chỉnh được độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét.
Khi nổi lên, hoặc lặn xuống ngoài việc điều chỉnh hướng của động cơ đẩy trên tàu ngầm, người ta còn phải thay đổi trọng lượng của tầu ngầm, để làm được điều này tàu ngầm thường được chế tạo bởi 2 lớp vỏ. Giữa hai lớp vỏ là một khoang trống như hình minh họa
Giữa hai lớp vỏ là một khoang trống gọi là ballast tankTrước khi hạ thủy các khoang Ballast tank này đầy không khí, để lặn xuống lớp vỏ ngoài cùng có một van đóng mở để nước có thể tràn vào làm tăng trọng lượng của tàu.
Khi tàu ngầm lặn xuống khoang ballast tank được bơm đầy nướcVan ở vỏ tàu mở để nước tràn vào đồng thời “Vent” sẽ được mở để không khí trong khoang ballast tank dồn vào một khoang đựng không khí khác (Air tank). Lúc này động cơ và cánh tàu ngầm sẽ làm việc của nó là điều chỉnh hướng để tàu ngầm có thể lặn sâu vào trong lòng đại dương.
Khi tàu muốn nổi lên, động cơ đẩy tàu hướng lên mặt nước đồng thời không khí từ khoang Air tank sẽ được bơm ra khoang Ballast tank đẩy nước ra ngoài để làm giảm trọng lượng của tàu giúp tàu nổi lên.
Tàu ngầm Kilo 636 đầu tiên về Việt Nam khối lượng 2,300-2,350 tấn khi nổi 3,000-4,000 tấn khi lặn. Kilo được trang bị 6 ống phóng ngư lôi 533mm, có thể phóng được cả tên lửa và/hoặc rải mìn. Tàu có thể mang theo 18 ngư lôi hoặc 24 quả thủy lôi. Có 2 ống phóng lôi được thiết kế để bắn các ngư lôi điều khiển từ xa với độ chính xác cao.
Ngoài vấn đề thay đổi trọng lượng trong quá trình lặn càng xuống sâu áp suất nén lên thành tầu càng lớn, áp suất có thể lớn đến mức nén toàn bộ tàu ngầm thành một cục sắt đặc vì vậy chất liệu được làm vỏ tầu ngầm và kết cấu của tầu ngầm cũng phải được chế tạo theo những kiến thức khoa học tiên tiến đây cũng chính là lý do không phải Quốc gia nào cũng có đủ kiến thức và kinh phí để chế tạo tàu ngầm.
Cuộc sống trên tàu ngầm:
Tàu ngầm E-Class của Anh trong Thế chiến Thứ NhấtCó 3 vấn đề chính cần phải giải quyết để đảm bảo sự sống cho các thuyền viên trên tàu ngầm:
Không khí trên tàu ngầm:
- Khí oxy sẽ được cung cấp từ một trong các khoang chứa được nén, hoặc từ một máy tạo oxy thông qua biện pháp điện phân nước, hoặc từ phản ứng nhiệt phân KClO3 hoặc NaClO3.
- Độ ẩm trong không khí trên tàu có thể được loại bỏ bằng các phản ứng hóa học hoặc các máy làm khô. Các thiết bị này giúp cho nước không đọng lại trên các bức tường và các thiết bị bên trong tàu.
- Ngoài ra, các loại khí như CO hoặc hy-đrô được sinh ra bởi các thiết bị và khói thuốc lá khó thể được loại bỏ bằng cách máy đốt. Các bộ lọc cũng được sử dụng để loại bỏ bụi bẩn khỏi không khí.
Nguồn nước sạch trên tàu ngầm
- Phần lớn các tàu ngầm hiện nay đều sử dụng các thiết bị chưng cất có thể biến nước biển thành nước ngọt. Các máy chưng cất này sẽ đun sôi nước biển để làm nước bốc hơi, loại bỏ muối; sau đó sẽ hạ nhiệt độ để hơi nước cô đọng thành nước sạch.
Nhiệt độ trên tàu ngầm
- Nhiệt độ dưới lòng biển xung quanh tàu ngầm thường là vào khoảng 4 độ C. Do đó, tàu ngầm phải được cung cấp hệ thống sưởi điện để tạo ra nhiệt độ đủ ấm cho các thủy thủ. Điện năng sẽ được lấy từ lò phản ứng hạt nhân, máy phát diesel hoặc ắc-quy (trong trường hợp khẩn cấp).
Có thể bạn đã biết
Đối với các tầu ngầm không người lái thuần túy mang mục tiêu là lặn sâu thì tàu lặn Giao Long của Trung Quốc có thể chạm độ sâu 7000m so với mặt nước biển.
Vùng biển sâu nhất mà con người có thể tính toán được thuộc về rãnh Rãnh Mariana, còn gọi là vực Mariana hay vũng Mariana, là rãnh đại dương sâu nhất đã biết, và điểm sâu nhất của nó là nơi sâu nhất trong lớp vỏ Trái Đất. Độ sâu tối đa của rãnh này là 10.971 m (35.994 ft) dưới mực nước biển theo phép đo gần đây nhất.
Sách Kỷ lục Guinness ngày 19/9/2014 đã công nhận Ahmed Gamal Gabr Một công dân Ai Cập có chuyến lặn sâu nhất thế giới, sau khi người đàn ông này kết thúc hành trình dưới đại dương ở độ sâu 332,35m trong 12 phút.