زیر دریایی چطور کار می کند؟

طرز کار زیر دریایی

یکی از اختراعات عجیب بشر، درست کردن زیر دریایی ها بوده چون به انسان هم این توانایی را داده تا مثل نهنگ ها و کوسه ها مدتی را در زیر آب بمانند! برای اینکه یک همچین وسیله شگفت انگیزی اختراع شود از چند قانون مهم استفاده شده است. تا به حال فکر کرده اید که زیر دریایی چه طور کار می کند؟ طرز کار این وسیله خیلی جالب است که اگر در ادامه با الی گشت همراه باشید با آن آشنا می شوید.

مطالب مرتبط:
نکات کاربردی سفر با کشتی کروز
با این کشتی کروز مسکونی همیشه در سفر باشید!

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 شود. 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 شود. مسلم است که هر چه عمق آب بیشتر باشد فشاری که بر زیردریایی وارد می شود هم بیشتر می شود و بر اساس قانون بویل حجم آن کم تر می شود. 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 شود هم بیشتر می شود.

در این حال اگر دمای آب ثابت باشد حجم ریه آن ها کم تر می شود ولی حجم ریه کم تر نمی شود پس برای خنثی شدن این فشار اضافه، هوای بیشتری جذب ریه می شود تا فشار ریه دقیقا مثل فشار محیط شود. پس اگر یک غواص به عمق ۴۰ متری برود ریه اش به مقدار ۴ برابر سطح آب فشرده می شود 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 ۳۰ 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 ۱۶۲۰ برمی گردد، زیردریایی ای که می توانست تا عمق ۴.۵ 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 ۱۵۰ سال بعد، زیردریایی دیگری اختراع شد که با دست و پدال های پایی حرکت می کرد. ۳۰ سال بعد اما تحولی در زیر دریایی ها به وجود آمد: ۳ 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 شود 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 ۱۸۶۰ بود که زیردریایی دیگری ساخته شد که از طریق لوله ای که بر روی سطح آب بود اکسیژن را به موتور می رساند. حدود ۴۰ سال بعد در سال ۱۹۰۴، 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 مشکلات 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 ۱۹۵۴ 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 ۵۰ 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 شود. 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 شود و برق زیر دریایی را به وجود می آورد. بخار بعد از انجام وظیفه اش به آب تبدیل می شود و دوباره به محفظه تبدیل بخار می رود تا این چرخه تکرار شود.

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 قرار دارد که باعث ارتباط با دیگر زیر دریایی ها  و کشتی ها می شود. 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 شود تا وزن زیردریایی بیشتر از نیروی شناوری آب شود.