Cách tàu ngầm lặn và nổi, oxy lấy như thế nào?

VNZ-NEWS
Vn-Z.vn Ngày 27 tháng 12 năm 2022, Để khám phá đại dương con người đã phát minh ra tầu ngầm , giúp con người có thể lặn đạt tới độ sâu vượt quá khả năng lặn của con người.

Đại dương mang đến cho người ta cảm giác bí ẩn, tàu ngầm là thiết bị có thể giúp con người khám phá, nghiên cứu trong đại dương cũng đầy bí ẩn đó. Có thể bạn sẽ thắc mắc tàu ngầm nổi lên và lặn xuống dưới lòng đại dương như thế nào, tầu ngầm có thể hoạt động trong thời gian dài nhất là bao lâu cũng như nhiều vấn đề khác.



Tàu ngầm còn có một tên gọi khác là cá đen, là một loại tàu có thể lặn trong nước trong một khoảng thời gian và khoảng cách nhất định. Có nhiều loại và kích cỡ tàu ngầm, có tàu lặn dân sự chỉ đủ chỗ cho một người điều khiển trong vài giờ, có tàu ngầm hạt nhân tấn công chiến lược có sức chứa hàng trăm người và khả năng lặn trong vài tháng.


Tau-ngam.webp

Nguồn hình ảnh: pixabay
Tàu ngầm cũng được sử dụng rộng rãi trong quân sự, nghiên cứu khoa học, tìm kiếm cứu nạn, bảo dưỡng cáp ngầm, du lịch dưới nước và nhiều ngành, lĩnh vực khác.

Sự xuất hiện của tàu ngầm có thể bắt nguồn từ thế kỷ 16. Nó được gọi là "tàu lặn". Theo Wiki Cornelis Drebbel - nhà vật lý, người phát minh ra nhiệt kế, sống ở cung vua Anh Jacques I và là thái phó của các hoàng tử và công chúa của quốc vương - là cha đẻ của tàu ngầm đầu tiên. Ông áp dụng các ý tưởng của nhà toán học Anh William Bourne, đưa ra từ năm 1578. Thời đó nhà toán học Bourne cũng đã có ý tưởng về một cột buồm rỗng để thông gió. Đó là nguyên lý của ống thông hơi mãi sau này được trang bị cho các tàu ngầm của Đức.


tau-ngam-nghien-cuu.webp


Đặc điểm của tàu ngầm

Đầu tiên là tầu ngầm phải có năng lực tự cung tự cấp mạnh mẽ, có thể ngâm mình trong biển sâu lâu ngày, rời xa căn cứ, di chuyển đến những nơi rất xa. Tàu ngầm có khả năng che giấu rất tốt, có thể âm thầm vòng qua hậu phương địch để phát động tập kích bất ngờ trong thời chiến, có tác dụng răn đe rất mạnh. Vì lặn sâu dưới mặt biển cho nên tàu ngầm an toàn hơn so với các loại tàu nổi khác.

nghien-cuu-tau-ngam.webp


Việc chế tạo tàu ngầm cầncó yêu cầu rất cao về công nghệ, tay nghề, vật liệu, có nhiều thiết bị hỗ trợ nên không nhiều quốc gia trên thế giới có thể tự phát triển, chế tạo tàu ngầm.

Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm

Tàu ngầm có thể nổi và chìm tự do trong nước, vậy làm thế nào để tàu ngầm làm được điều đó?

Bất kỳ vật thể nào trên trái đất đều bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn nó cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi lực nổi trong nước, lực hấp dẫn hướng xuống và lực nổi hướng lên. Các vật thể đều có mật độ riêng . vì các vật thể có mật độ khác nhau nên cũng có các trạng thái khác nhau trong nước.
Khi mật độ của một vật thể lớn hơn mật độ của nước, lực hấp dẫn lớn hơn lực nổi điều này sẽ khiến vật thể sẽ chìm xuống; Khi mật độ của vật thể nhỏ hơn mật độ của nước, lực nổi sẽ lớn hơn trọng lực và vật thể sẽ nổi.
Khi khối lượng riêng của một vật bằng khối lượng riêng của nước thì vật đó sẽ lơ lửng trong nước.

Wiki có viết rằng nguyên lý hoạt động của tàu ngầm dựa vào hai định luật cơ bản của Vật lý:

Định luật Ac-si-mét: Với bất cứ một vật nào chìm trong nước, đều chịu một lực đẩy, thẳng đứng, hướng lên trên và có độ lớn đúng bằng phần chất lỏng mà vật đang chiếm chỗ.

Định luật Pascal: Áp suất mà một bề mặt phải chịu tỉ lệ thuận cùng lực tác dụng lên bề mặt, tỉ lệ nghịch với diện tích bề mặt đó.

Để làm cho một vật có khối lượng riêng nhỏ hơn chìm trong nước, cách duy nhất để tăng khối lượng riêng đơn vị của vật đó là thay đổi trạng thái của vật đó trong nước bằng cách thay đổi khối lượng riêng của vật khi thể tích của vật không đổi.

Tàu ngầm áp dụng nguyên tắc này và được thiết kế bên trong có nhiều bể chứa nước giúp điều chỉnh độ trồi lên và lặn xuống, duy trì sự cân bằng của tàu ngầm bằng cách điều chỉnh lượng nước trong các bể chứa nước khác nhau để duy trì sự cân bằng.

nghien-cuu-taungam.gif


Loài Cá trong nước cũng sử dụng phương pháp này, bên trong cơ thể cá có bộ phận gọi là bong bóng cá, cá sử dụng bong bóng cá trong cơ thể để phồng lên và xẹp xuống giúp cá có khả năng nổi và lặn.

cach-tau-ngam-lan-va-noi.gif


Ngoài việc sử dụng bể chứa nước để nổi lên và lặn, tàu ngầm còn sử dụng thang máy, bằng cách thay đổi góc của thang máy và phối hợp với chân vịt, độ sâu của tàu ngầm có thể thay đổi. Phần lớn tàu ngầm đầu áp dụng thiết kế sử dụng bể nước và thang máy.

Tàu ngầm có thể chịu được áp lực nước

Chỉ cần bất kỳ vật thể nào ở trong nước, nó sẽ chịu áp lực của nước xung quanh, tàu ngầm cũng vậy, càng lặn sâu thì áp lực của nước càng lớn. Bình thường khi tàu ngầm lặn sâu 10m áp suất sẽ tăng thêm 1 atm, khi tàu ngầm ở dưới nước 500m, lớp vỏ của nó sẽ chịu áp suất khoảng 50 atm/m2, tương đương với diện tích trên 1m2, tàu ngầm sẽ phải chịu trọng lượng hơn 500 tấn.

Vì vậy, tàu ngầm muốn lặn sâu hơn thì sẽ cần lớp vỏ chắc chắn hơn, hiện nay nhiều lớp vỏ tàu ngầm được làm bằng vật liệu hợp kim titan bền chắc, giúp khả năng chịu áp suất của tàu ngầm cao hơn. Tàu ngầm cũng có thiết kế cấu trúc hình giọt nước có tác dụng phân tán áp lực lên vỏ, từ đó giảm áp lực lên đơn vị diện tích vỏ tàu ngầm, đồng thời thiết kế này cũng có thể giảm lực cản trong quá trình điều hướng.

Quản lý và duy trì chất lượng không khí

Tàu ngầm di chuyển trong nước thời gian dài sẽ cần phải được cung cấp ôxy liên tục cho thủy thủ đoàn làm việc trong tàu ngầm kín gió, vậy ôxy lấy từ đâu?

Ban đầu Những chiếc tàu ngầm sẽ cần phải nổi lên vài giờ sau một lần lặn hoặc lặn sâu vài mét và sử dụng ống thở để đưa oxy vào thuyền và xả khí thải ra khỏi tàu.

Sau này tàu ngầm bắt đầu sử dụng thiết bị tạo oxy, các nhà chế tạo tàu ngầm sử dụng phương pháp tái tạo không khí để tạo ra oxy, khí thải sẽ được xử lý để tách carbon dioxide, sau đó được thiết bị tạo oxy xử lý tạo ra oxy. Không khí trong tàu ngầm có thể được tái chế giúp tàu ngầm có thể hoạt động dưới nước mà không cần nạp ô xy trong 4 ~ 7 ngày.

nghien-cuu-tau-ngam-nvn.webp


Hiện đại hơn, tàu ngầm hạt nhân sử dụng phương pháp điện phân, có thể thông qua điện phân tách oxy trong nước, có thể liên tục cung cấp oxy cho tàu ngầm, về lý thuyết tàu ngầm hạt nhân có thể di chuyển dưới nước nhiều năm, nhưng xét về lâu dài do rất lớn áp suất trong môi trường kín gió, tàu ngầm hạt nhân sẽ không ở dưới nước liên tục quá 3 tháng.

Ngoài ra độ ẩm không khí trong tàu ngầm cũng cần phải được xử lý. Độ ẩm có thể được loại bỏ bằng một máy hút ẩm hoặc bằng hóa chất. Điều này ngăn không cho ngưng tụ hơi nước trên các bức tường và các thiết bị bên trong con tàu. Ngoài ra, các loại khí khác như carbon monoxide hoặc hydrogen, được tạo ra bởi thiết bị và thuốc lá, có thể được loại bỏ bằng cách nhiệt. Cuối cùng, bộ lọc được sử dụng để loại bỏ các hạt bụi bẩn và bụi từ không khí.

Hầu hết các tàu ngầm có một bộ máy chưng cất có thể biến nước biển thành nước ngọt. Nhà máy chưng cất làm nóng nước biển để tạo hơi nước, loại bỏ cát muối, và sau đó làm mát hơi nước vào bể thu nước sạch. Máy chưng cất trên một số tàu ngầm có thể sản xuất 10.000 đến 40.000 gallon (38.000 - 150.000 lít) nước ngọt mỗi ngày. Nước này được sử dụng chủ yếu để làm mát thiết bị điện tử (như máy tính và thiết bị dẫn đường) và hỗ trợ cho các thuyền viên (ví dụ, uống, nấu ăn và vệ sinh cá nhân).


Vn-Z.vn team tham khảo Wiki, Youtube
 
Trả lời

naroto

Chỉ cần nhấn like khi muốn cảm ơn!
Thành viên BQT
Bài viết hay quá, nhiều thông tin bổ ích! Cảm giác được khai sáng thêm 1 lần nữa.
 

ANONYMOUS

Búa Gỗ
bài viết hay quá cung cấp kiến thức hiểu biết mới
 

meebo

Rìu Vàng Đôi
Đó giờ mình nghĩ là nó phải chứa oxi như thợ lặn, hết thì lên bơm {biggrin} cho đến khiđọc bài viết này. Đơn giản chỉ cần thêm các thiết bị tạo môi trường vào bên trong tàu ngầm thôi, diện tích nhiều không lắp máy tạo nước và tạo oxi cho tiết kiệm chứ. Mình ngu thiệt.{cry}