Funcționarea submarinului

Submarinul este o navă care se poate deplasa la suprafața apei sau se poate scufunda la diferite adâncimi. Apa exercită o presiune asupra oricărui corp scufundat, numită presiune hidrostatică. Astfel, cu cât submarinul se scufundă la o adâncime mai mare, cu atât presiunea hidrostatică exercitată asupra acestuia crește. Prin urmare, pentru a putea rezista la presiuni foarte mari, pereții submarinului trebuie confecționați din materiale foarte rezistente.

Principiul de funcționare al submarinului are la bază o lege a fizicii descoperită în antichitate de învățatul grec Arhimede. Acesta a descoperit, în timp ce se afla în baia publică, existența unei forțe care îi împingea corpul spre suprafață. După ce a experimentat scufundarea unor corpuri de mase, volume și forme diferite, a formulat legea care îi poartă numele: „Un corp scufundat într-un fluid este împins de către fluid, de jos în sus, cu o forță egală cu greutatea volumului de fluid dislocat de către corp.” Forța arhimedică ce acționează asupra oricărui corp scufundat într-un fluid are direcția verticală, este orientată întotdeauna de jos în sus și valoarea numerică a acesteia:

- depinde de adâncimea la care este scufundat corpul;

- depinde de natura lichidului fiind cu atât mai mare cu cât densitatea lichidului este mai mare:

- nu depinde de masa corpului scufundat dacă volumul corpului nu se modifică;

- creşte cînd se mărește volumul corpului scufundat.

Între pereții dublii ai submarinului se află rezervoare, numite balast-apă, care înconjoară puntea inferioară. Atunci când submarinul se află la suprafață, aceste rezervoare sunt pline cu aer. Forța arhimedică ce acționează asupra submarinului este egală cu greutatea acestuia. Pentru a se scufunda, rezervoarele sunt umplute cu apă din ocean (mare) până când densitatea medie a submarinului devine egală cu cea a apei. Astfel, submarinul se află în echilibru la orice adâncime. Cu ajutorul unor suprafețe de imersiune, ce reprezintă de fapt niște cârme, aflate la prora și la pupa, submarinul se înclină astfel încât să coboare (cu propra în jos) sau să urce (cu pupa în jos). Pentru a reveni rapid la suprafata, apa este evacuată din rezervoare cu ajutorul aerului comprimat. În acest fel greutatea submarinului devine mai mică decăt forța arhimedică. Rezultanta celor două forțe se numește forță ascensională, este orientată vertical în sus și sub acțiunea ei submarinul se ridică la suprafață.

Primele submarine realizate erau confecționate din lemn și piele și erau prevăzute cu vâsle, fiind un fel de ”bărci subacvatice”. De-a lungul timpului, mulți oameni de știință au proiectat și testat diferite tipuri de submarine, însă majoritatea nu au funcționat.

În anul 1775, inventatorul David Bushnell a proiectat un submarin, denumit „The Turtle” („Ţestoasa”) datorită formei sale. Acesta avea forma unui ou, iar în interiorul său încăpea doar o persoană. Pentru a pune în funcțiune elicea aflată în partea din față a submarinului, trebuia să se acționeze cu forța mușchilor o pedală. Astfel submarinul se putea deplasa pe orizontală şi pe verticală cu o viteză maximă de 4,8 km/h. Cantitatea de aer din interior era suficientă pentru aproximativ o jumătate de oră. „Ţestoasa” primul submarin capabil să funcţioneze în mod independent, motiv pentru care David Bushnell este considerat inventatorul submarinului. Acesta folosit ca armă în timpul Războiului de independenţă american când a încercat să atașeze o mină pe fundul unei nave inamice.

https://en.wikipedia.org/wiki/David_Bushnell

Ideea lui David Bushnell de a utiliza elice pentru înaintarea submarinului pe orizontală a fost preluată de oamenii de știință și perfecționată o dată cu evoluția tehnicii. Incepând cu anii 1900 submarinul se deplasează pe orizontală cu ajutorul unei elice plasată în partea din spate. Elicea este pusă în funcțiune de un motor. La început, submarinele utilizau motoare Diesel pentru a se deplasa la suprafață și motoare electrice pentru deplasările subacvatice. Acestea transformă energia termică rezultată prin arderea motorinei, respectiv energia electrică în lucru mecanic, ce pune în mișcare elicea. Motorul electric are alimentat cu ajutorul unor acumulatori, deci deplasarea subacvatică era limitată de capacitatea acumulatorilor, care trebuiau reîncărcați. Când submarinul se deplasa la suprafață, motorul era folosit ca generator electric pentru a reîncărca acumulatorii. Începând cu anii 1930, elicea era acționată de un motor electric, care era alimentat cu energie electrică produsă de două generatoare Diesel. Astfel se reducea semnătura acustică a submarinului când se afla la suprafață.