เรือดำน้ำ

เรือดำน้ำลอยและจมได้ ก็เพราะแรงลอยตัว ซึ่งเกิดจากน้ำ มีค่าเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ ตามกฎแรงลอยตัวของท่านอาร์คีมีดีส แรงยกนี้มี่ทิศตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ซึ่งพยายามดึงเรือให้จมลง เรือดำน้ำสามารถควบคุมขนาดของแรงลอยตัวได้ โดยจะให้ลอยอยู่ในระดับใต้น้ำลึกเท่าไรก็ได้

ถ้าต้องการจม ให้บรรจุน้ำจนเต็ม หรือไล่น้ำหรือดูดน้ำออก ถ้าต้องการจะลอย ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเราต้องการให้เรือดำน้ำลอยอยู่บนผิวน้ำ จะต้องไล่น้ำออกจากถัง บัลลาสต์ และอัดอากาศเข้าไปแทนที่ ทำให้ความหนาแน่นทั้งหมดของเรือดำน้ำ มีค่าน้อยกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นบวก) มันจึงลอยน้ำ แต่ถ้าต้องการให้เรือดำน้ำจม เราจะอัดน้ำเข้าไปในถังบัลลาสต์ และ ระบายอากาศออกจนความหนาแน่นของเรือดำน้ำมากกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นลบ) มันจะจม

ได้มาจากถังบรรจุที่อัดด้วยความดันสูงเก็บไว้อยู่ภายในเรือ ซึ่งอากาศนี้ใช้สำหรับการหายใจด้วย เรือดำน้ำมีปีกทำหน้าที่เหมือนปีกเครื่องบิน เรียกว่า ไฮโดรเพลน ( hydroplanes ) มีไว้สำหรับการเคลื่อนที่ เช่นปักหัวลงทำมุม 45 องศาหรือเบนหัวเรือขึ้นเป็นต้น

ผู้ควบคุมจะต้องรักษาปริมาตรของอากาศและน้ำในถัง บัลลาสต์ จนกระทั่งความหนาแน่นของเรือเท่ากับความหนาแน่นของน้ำ (แรงยกเท่ากับแรงลอยตัว)

ปีกไฮโดรเพลนมีหน้าที่รักษาระดับของเรือดำน้ำให้การเคลื่อนที่ยังอยู่ในแนวระดับเสมอ หรือถ้าเราปรับปีกของไฮโดรเพลนให้ทำมุมกับแนวระดับ จะทำให้เรือเฉิดหัวขึ้น หรือดิ่งลงได้ เรือดำน้ำสามารถเลี้ยวไปมาโดยอาศัยหางเสือที่อยู่ทางด้านหลัง เรือดำน้ำบางรุ่นมีมอเตอร์สามารถหมุนได้รอบ 360 องศา ไว้สำหรับช่วยแรงขับของเครื่องยนตร์

เราจะอัดอากาศจากถังเก็บเข้าไปในถัง บัลลาสต์ จนกระทั่งความหนาแน่นของเรือน้อยกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นบวก) ขณะที่เรือเคลื่อนที่ ให้เราปรับปีกไฮโดรเพลนทำมุมกับระดับจนเกิดแรงซึ่งมีลักษณะเหมือนกับ แรงยกตัวของปีกเครื่องบิน กดท้ายลง และหัวพุ่งขึ้น ทำให้มันพุ่งขึ้นเหนือน้ำ ในกรณีฉุกเฉิน เราสามารถบรรจุอากาศเข้าไปในถังบัลลาสต์อย่างรวดเร็ว ทำให้เรือพุ่งขึ้นอย่างทันทีทันใดได้

1. อากาศ

2. น้ำบริสุทธ์

3. อุณหภูมิ

อากาศที่เราใช้ในการหายใจ ประกอบด้วยก๊าซสำคัญ 4 ชนิดคือ

ไนโตรเจน ( 78 % )

ออกซิเจน ( 21% )

อาร์กอน ( 0.94 % )

คาร์บอนไดออกไซด์ ( 0.04 %)

ร่างกายของเราจะดูดกลืนออกซิเจน และเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้ขณะที่หายใจออก มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา 4.5 % เทียบกับก๊าซทั้งหมด ส่วนก๊าซไนโตรเจนกับอาร์กอนร่างกายไม่ได้ใช้ จึงหายใจออกมาทั้งหมด

โดยบรรจุคนอยู่ภายในเท่านั้นมีหลัก 3 ประการที่จะรักษาอากาศภายในเรือดำน้ำสำหรับหายใจไว้ดังนี้

1. ถ้าจำนวนเปอร์เซนต์ออกซิเจนลดลง ต้องคอยเติมก๊าซออกซิเจนอยู่เสมอ ไม่เช่นนั้นคนที่ปฏิบัติงานภายในจะหายใจไม่ออก

2. ขณะที่ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น ต้องคอยดูดซับก๊าซนี้ออก

3. ความชื้นจากการหายใจ ต้องถูกดูดซับออกเช่นเดียวกัน

หรือเครื่องทำก๊าซออกซิเจน ที่เรียกว่า ออกซิเจน เจนเนอเรเตอร์ (เป็นกระบวนการอิเล็กโตรลีซิสของน้ำ โดยการแยกน้ำออกเป็นก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจน) การควบคุมปริมาณออกซิเจนภายในเรือ ใช้คอมพิวเตอร์ตรวจวัดจำนวนเปอร์เซนต์ของออกซิเจนในอากาศ เมื่อขาดไป ก็ปล่อยออกมาเป็นช่วงๆ

คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดูดซับออกจากอากาศโดยใช้ สารโซดาไลม์ (Soda lime ) เรียกชื่อทางเคมีว่า โซเดียมไฮดรอกไซด์

หรือโดยปฏิกิริยาทางเคมี ส่วนก๊าซอื่นๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ สามารถดึงออกได้โดยการเผาไหม้ และใช้แผ่นกรองดูดพวกอนุภาคฝุ่น สิ่งสกปรกออกจากอากาศ

เรือดำน้ำขนาดใหญ่ มีเครื่องกลั่นน้ำที่สามารถทำน้ำจืดจากน้ำทะเลได้ กระบวนการกลั่นเริ่มต้นจากการที่ต้มน้ำให้กลายเป็นไอ แต่เกลือไม่ได้ระเหยตามน้ำไปด้วย เมื่อไอน้ำเย็นตัว จะกลั่นเป็นน้ำจืด เรือดำน้ำทั่วไปสามารถกลั่นน้ำจืดได้ 38,000 -150,000 ลิตรต่อวัน อย่านึกว่ามาก เพราะน้ำพวกไม่ได้เพียงแต่ใช้ดื่มอย่างเดียว ยังนำไปใช้หล่อเย็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ อีกด้วย

อุณหภูมิของน้ำทะเลโดยรอบประมาณ 39 องศาฟาเรนไฮต์ ( 4 องศาเซลเซียส) เพราะโลหะที่ใช้ในการทำตัวเรือเป็นตัวนำความร้อนที่ดี จึงทำให้อุณหภูมิภายในเรือลดลงอย่างรวดเร็ว จึงต้องมีตัวทำความร้อนที่เพิ่มอุณหภูมิภายในเรือให้อยู่ในระดับที่ต้องการได้ พลังงานได้มาจากนิวเคลียร์ เครื่องยนต์ดีเซล หรือแบตเตอรี่ (ในกรณีฉุกเฉิน)

ชนเข้ากับตอปิโด ระเบิดใต้น้ำ หรือแม้แต่การก่อวินาศกรรม ลูกเรือจะทำการส่งวิทยุของความช่วยเหลือ และปล่อยทุ่นขึ้นไปเหนือผิวน้ำบอกตำแหน่งที่เรือดำน้ำจม ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับเหตุการณ์เฉพาะหน้าด้วย ถ้าเป็นเตาปฏิกรณ์ระเบิด และไม่สามารถใช้การได้ ผู้บังคับการสามารถเปลี่ยนมาใช้มอเตอร์โดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อย่าง เดียว

น้ำท่วมเรือ

ออกซิเจนเหลือน้อย

ปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น

แบตเตอรี่หมด ระบบทำความร้อนเสียหาย และอุณหภูมิภายในเรือลดลง

แต่ถ้าไม่สามารถขึ้นได้ เครื่องมือช่วยเหลือเรียกว่า Deep - sumergence rescue vehicle (DRSV)เป็นวิธีหนึ่งที่สามารถช่วยชีวิตลูกเรือได้

และติดเข้ากับฝาของเรือดำน้ำ สร้างฉนวนอากาศขึ้นโดยอัตโนมัติ ทำให้ฝาเปิดได้ง่าย ขนย้ายลูกเรือออกมา

หลังจากช่วยเหลือลูกเรือได้แล้ว การยกเรือดำน้ำขึ้น แพจะถูกวางไว้รอบเรือดำน้ำ และสูบอากาศเข้าไปในแพ ยกเรือให้ลอยขึ้น แต่นั่นจะต้องขึ้นอยู่กับสภาพการจมด้ว

ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ Krmutt Library
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต

ผู้มีบทความทางด้านวิทยาศาสตร์น่ารู้
สามารถส่งผลงานของท่านมาได้ที่ arunee@teeneemedia.com