زیر دریایی چطور کار می کند؟ - مجله گرافیک

یکی از قوانینی که برای ساخت زیر دریایی استفاده شده قانون ارشمیدس است. این قانون می گوید به هر جسمی که بر روی آب شناور باشد نیرویی برابر با وزن آب جابجا شده وارد می گردد. همانطور که می دانید وزن جسم به سمت پایین و نیروی شناوری آب به طرف بالا است پس برای شناور ماندن کشتی یا زیر دریایی بر روی آب کافیست که این دو نیرو با هم برابر باشند. برای اینکه زیردریایی به داخل آب برود باید نیروی وزن از نیروی شناوری آب بیشتر باشد. چگالی یعنی وزن بر روی حجم، برای اینکه زیردریایی کاملا در آب فرو برود باید چگالی آن از چگالی آب بیشتر باشد. یکی دیگر از قوانین، قانون بویل است که بر اساس آن اگر دمای آب ثابت باشد، هر چه فشار آب بیشتر باشد حجم آن کم تراست و برعکس. وقتی که زیردریایی در داخل آب قرار می گیرد به تمام سطح آن فشاری مساوی و متناسب با عمق آب وارد می گردد. مسلم است که هر چه عمق آب بیشتر باشد فشاری که بر زیردریایی وارد می گردد هم بیشتر می گردد و بر اساس قانون بویل حجم آن کم تر می گردد. برای همین است که وقتی که غواص ها عمق های بیشتری را برای غواصی انتخاب می کنند فشاری که بر بدن و ریه های آن ها وارد می گردد هم بیشتر می گردد.

در این حال اگر دمای آب ثابت باشد حجم ریه آن ها کم تر می گردد ولی حجم ریه کم تر نمی گردد پس برای خنثی شدن این فشار اضافه، هوای بیشتری جذب ریه می گردد تا فشار ریه دقیقا مثل فشار محیط گردد. پس اگر یک غواص به عمق 40 متری برود ریه اش به مقدار 4 برابر سطح آب فشرده می گردد و این موضوع یعنی پاره شدن رگ ها و ته نشین شدن نیتروژن در خون! حتما می دانید که در این شرایط احتمال حمله قبلی وجود دارد پس برای همین است که نمی توان برای مدت طولانی در اعماق بیش از 30 متر دوام آورد. حتما برایتان جالب است که بدانید در اولین نمونه زیر دریایی ها برای حرکت آن در عمق از نیروی دست استفاده می شد. قدمت اولین زیردریایی به سال 1620 برمی گردد، زیردریایی ای که می توانست تا عمق 4.5 متری دریا برود. حجم این زیردریایی آنقدر کم بود که فقط یک نفر در آن جا می شد البته یک نفر پرزور! این شخص باید آنقدر قوی بود تا پره های فوقانی زیر دریایی را در عمق آب بچرخاند. حدود 150 سال بعد، زیردریایی دیگری اختراع شد که با دست و پدال های پایی حرکت می کرد. 30 سال بعد اما تحولی در زیر دریایی ها به وجود آمد: 3 نفر در آن جا می شدند و بال هایی داشت که می توانست عمق را تنظیم کند. بعد از این تلاش شد تا زیردریایی ای ساخته گردد که به کمک موتور بخار کار کند اما مشکل اینجا بود که برای کار کردن موتور در زیر آب هیچ اکسیژنی وجود نداشت. برای همین در زیردریایی موتوری تعبیه شد که بر روی سطح دریا، آب را درون مخزنی به کمک موتور دیزل داغ و بخار می کرد؛ حالا زمان شیرجه زدن زیردریایی به داخل آب بود. اما یک محدودیت بزرگ وجود داشت و آن این بود که زیردریایی فقط تا زمانی می توانست در داخل آب بماند که بخار داخل مخزن سرد نشده بود!

سال 1860 بود که زیردریایی دیگری ساخته شد که از طریق لوله ای که بر روی سطح آب بود اکسیژن را به موتور می رساند. حدود 40 سال بعد در سال 1904، در فرانسه اولین زیردریایی با موتور دیزل-الکتریکی ساخته شد. سازوکار این زیردریایی به این ترتیب بود که بر روی سطح آب به کمک موتورهای الکتریکی دیزل باتری های الکتریکی شارژ می شدند پس از آن زیردریایی به داخل آب شیرجه می زد. در این لحظه دیگر به موتور دیزل هیچ نیازی نبود و موتور الکتریکی، زیردریایی را به جلو می راند. در این روش هم بعد از چند ساعت زیردریایی باید به روی آب می رفت تا باتری ها را دوباره شارژ کند البته استفاده از این روش مسائل دیگر هم داشت و آن اینکه باتری ها خیلی بزرگ و سنگین بودند و ترکیب اسید آن ها با آب بخار مرگباری را به وجود می اورد. سال 1954 بود که زیردریایی دیگری اختراع شد که با سوخت هسته ای کار می کرد این زیردریایی می توانست حتی سال ها در زیر آب باشد و با سرعت بیش از 50 کیلومتر حرکت کند. سازوکار این زیر دریایی کاملا متفاوت از بقیه بود: در این زیردریایی برای اینکه توربین بخار بچرخد باید لوله های آب، حرارت راکتور را به توربین می رساندند. این زیردریایی دو مدار گردش آب داشت: در مدار اول؛ حرارت زیاد راکتور، آب را داغ داغ می کرد. این آب داغ در مدار اولیه به حرکت می افتاد تا محفظه تبدیل هم داغ گردد. حالا محفظه تبدیل آنقدر داغ شده که می تواند آب مدار ثانویه را هم بخار کند و این بخار را به توربین بخار ببرد. همین بخار است که باعث چرخش توربین می گردد و برق زیر دریایی را به وجود می آورد. بخار بعد از انجام وظیفه اش به آب تبدیل می گردد و دوباره به محفظه تبدیل بخار می رود تا این چرخه تکرار گردد.

قسمت های مختلف زیر دریایی

قسمت های بیرونی زیر دریایی از یک بدنه استوایی، دو بال افقی در جلو، دو بال عمودی در عقب، سکان، پروانه در دم و یک بادبان تشکیل شده است. در زیر دریایی یک آنتن رادیویی هم واقع شده است که باعث ارتباط با دیگر زیر دریایی ها و کشتی ها می گردد. یک پرسکوپ هم هست که به کمک آن می توان سطح آب را دید و فهمید که روی آب چه خبر است! بدنه زیر دریایی دو پوسته دارد که وسط آن ها خالی است و به آن مخزن بالاست می گویند به طوری که هوا و آب می توانند به داخل این مخزن رفت و آمد کنند. برای اینکه زیر دریایی بر روی آب شناور بماند باید وزن زیردریایی و مخزن بالاست کمتر از نیروی شناوری آب دریا باشد. اما برای اینکه زیر دریایی به داخل آب برود مخزن بالاست پر از آب می گردد تا وزن زیردریایی بیشتر از نیروی شناوری آب گردد.