زيردريايی چگونه كار مي‌كند؟


زيردريايی چگونه كار مي‌كند؟



زيردريايي‌ها از شگفت‌انگيزترين اختراعات بشر هستند. طي صدها سال دريانوردان فقط مي‌توانستند روي عرشه كشتي‌ها كار كنند. اختراع زيردريايي به انسان اجازه داد تا بتواند همچون موجودات دريايي براي مدت طولاني (ماه‌ها و حتي سالها) در زير دريا زندگي كند. ما اختراع زيردريايي‌هاي پيشرفته را مديون مسابقه تسليحاتي جنگ سرد بين دو ابرقدرت شرق و غرب در قرن بيستم هستيم!



دانشمندان براي ساخت و حركت دادن زيردريايي‌ها از چندقانون استفاده كردند. ما ابتدا به بررسي دو قانون مهم مي‌پردازيم:

1- قانون ارشميدس: طبق قانون ارشميدس بر هر جسم (كمي يا كاملاً) غوطه‌ور در سيال معادل وزن سيال جابجاشده نيرو وارد مي‌شود. همواره وزن جسم بطرف پائين و نيروي شناوري سيال بطرف بالا ظاهر مي‌شوند. هرگاه اين دو نيرو با هم برابر باشند (مانند كشتي روي دريا) جسم روي سيال شناور خواهد شد و اگر نيروي وزن بيشتر از نيروي شناوري سيال (مانند سنگ در آب) باشد، جسم كاملاً در سيال فرو خواهد رفت.



چگالي جسم به وزن بر حجم تعريف مي‌شود. هرگاه چگالي جسم از چگالي سيال (آب) بيشتر باشد، جسم در سيال فروخواهد رفت.

2- قانون بويل: طبق اين قانون در دماي ثابت، حجم و فشار يك سيال رابطه عكس با هم دارند . يعني هرگاه فشار وارد بر سيال دوبرابر شود، حجم سيال نصف خواهد شد.
برهرجسم داخل سيال، فشاري به تمام سطح جسم (متناسب با عمق سيال) بطور مساوي وارد مي‌شود. هرچه عمق سيال بيشتر باشد، فشار وارد بر جسم نيز بيشتر خواهد شد و طبق قانون بويل حجم آن بايد كم شود. براي مثال اگر بالون پر از هوايي را به عمق اقيانوس ببريم، فشار عمق آب باعث كم شدن حجم بالون و متراكم شدن هواي داخل بالون خواهد شد.



وبرعكس اگر بالون را رها سازيم تا به آسمان برود، چون فشار هوا در ارتفاع كمتر از سطح زمين است، حجم بالون افزايش خواهد يافت. بياييد اين قانون را درمورد خطرات غواصي در عمق بررسي كنيم:
درشكل زير (سمت چپ) ريه‌هاي غواصي را درحال شنا در سطح آب مي‌بينيد. هرچه غواص به عمق بيشتري برود، فشار وارد بر بدن و ريه‌هاي او افزايش مي‌يابد. اگر دماي آب را حدود 04 ثابت درنظر بگيريم، بايد حجم ريه‌هاي غواص كم شود. ولي حجم ريه‌ها كم نمي‌شود و درعوض براي خنثي كردن فشار عمق سيال، ريه‌ها هواي بيشتري را جذب مي‌كنند تا فشار داخل ريه با محيط يكسان شود.


در عمق 40 متري حجم هواي فشرده شده درون ريه به 4 برابر سطح آب افزايش مي‌يابد كه اين موضوع مي‌تواند باعث پاره شدن رگ‌ها و رسوب نيتروژن در خون و خطر حمله قلبي براي غواص بوجود آورد. به همين دليل غواص ها نمي توانند براي مدت طولاني در عمق بيشتر از 30 متري شنا كنند.


تاريخچه ساخت زيردريايي‌ها :

- در زيردريايي‌هاي اوليه از نيروي دست براي حركت دادن زيردريايي در اعماق كمك گرفته مي‌شد. در سال 1620 شخص بنام ون دربل اولين زيردريايي را ساخت كه مي‌توانست در عمق 5/4 متري حركت كند.
حجم داخل اين زيردريايي بسيار كم بود، بطوريكه فقط يك نفر مي‌توانست داخل آن برنامه گيرد و براي حركت دادن آن در عمق به يك فرد بسيار نيرومند نياز بود تا بتواند پره‌هاي جلو و فوقاني را بچرخاند.




درحدود سال 1770، ديود باشنل زيردريايي را طراحي كرد كه مي‌توانست بكمك دست و پدالهاي پايي حركت كند. حدود 30 سال بعد روبرت فولتون، زيردريايي ديگري ساخت كه 3 نفر گنجايش داشت و براي اولين بار، بالهايي براي تنظيم عمق در زيردريايي تعبيه شد.

- فولتون سپس تلاش كرد تا زيردريايي ديگري با موتور بخار بسازد. مشكل طراحي اين موتورها در آن بود كه در زير آب اكسيژن نبود. بنابراين موتوري طراحي شد كه ابتدا آب در سطح آب داخل مخزني با موتور ديزل (با سوخت گازوئيل) داغ و تبديل به بخار مي‌شد، سپس موتور خاموش مي‌شد و زيردريايي به داخل آب شيرجه مي‌زد و تا وقتي كه بخار داخل مخزن سرد نشده بود، زيردريايي مي‌توانست با موتور بخار در عمق دريا حركت كند.

در سال 1860 زيردريايي ديگري طراحي شد كه بطور كامل زير آب نمي‌رفت و از طريق لوله‌اي كه به سطح آب راه داشت، اكسيژن را براي سوخت موتور به داخل زيردريايي مكش مي‌كرد.

- در سال 1904 اولين زيردريايي كه با موتور ديزل- الكتريكي كار مي‌كرد، در فرانسه ساخته شد. موتورهاي ديزل در سطح آب، باطري‌هاي الكتريكي را شارژ مي‌كردند و سپس زيردريايي در آب فرو مي‌رفت در اين هنگام موتور ديزل خاموش مي‌شد و موتور الكتريكي بكمك باطري‌هاي شارژشده، زيردريايي را حركت مي‌داد.



مشكل اين نوع زيردريايي در آنجا بود كه اولاً باطري‌ها خيلي بزرگ و سنگين بودند و ثانياً پس از گذشت چندساعت زيردريايي مجبور بود به سطح آب بيايد تا موتور ديزل روشن شده و باطري‌ها را دوباره شارژ كند. اسيد داخل باطري‌ها هم در تركيب با آب دريا، بخار خطرناك و كشنده‌اي توليد مي‌كردند.

- درسال 1954 اولين زيردريايي با سوخت هسته‌اي ساخته شد. از مزاياي اين زيردريايي‌ها، عدم نياز به هوا است. اين نوع زيردريايي‌ها مي‌توانند به مدت طولاني (حتي سالها) زير دريا بمانند و فقط درصورت نياز به سطح آب بيايند و نيز با سرعت بالاي 50 كيلومتر در ساعت در زير و يا سطح دريا حركت كنند. در اين موتورها، حرارت راكتور از طريق لوله‌هاي آب به توربين بخار مي‌رسد و آن را مي‌چرخاند. در نمونه زيردريايي شكل زير، دو مدار گردش آب طراحي شده است. در مدار اولي، آب در اثر حرارت زياد (عمل شكافت هسته‌اي) راكتور، به شدت داغ مي‌شود و با گردش آب در مدار اوليه محفظه تبديل هم داغ مي شود. سپس محفظه تبديل ،‌ آب مدار ثانويه را تبديل به بخار مي‌كند و آن را سوي توربين بخار مي‌فرستد.



بخار آب ، توربين را مي‌چرخاند تا نيروي محركه و برق زيردريايي تامين شود. سپس بخار آب در محفظه تراكم تبديل به آب مي‌شود و دوباره به محفظه تبديل بخار ارسال مي‌شود.

اجزاء زيردريايي:
اجزاء بيروني زيردريايي شامل بدنه استوانه بيضي شكل با دوبال افقي در جلو و دوبال عمودي در عقب براي شيرجه رفتن به عمق و اوج گرفتن به سطح آب، يك سكان براي حركت به چپ و راست ، يك پروانه در دم بدنه براي توليد نيروي محركه زيردريايي و يك بادبان براي ورود و خروج خدمه به سطح آب است.
درضمن يك آنتن راديويي براي تماس با زيردريايي‌ها و كشتي‌هاي ديگر و يك پريسكوپ براي مشاهده سطح آب از زير دريا روي بادبان تعبيه شده است.



بدنه زيردريايي از دو پوسته (قشر) ساخته شده كه مابين آنها خالي است. به اين فضاي خالي، مخزن بالاست (سنگيني) مي‌گويند. روي قشر بيروني و بالاي بدنه، دريچه‌اي براي خروج هوا (دريچه اصلي) و در پائين بدنه هم دريچه‌اي براي ورود و خروج آب به مخزن بالاست تعبيه شده است.



داخل زيردريايي هم مخزن گاز فشرده با دو دريچه خروج هوا به مخزن بالاست روي قشر دروني تعبيه شده است. وزن زيردريايي با مخزن بالاست خالي، كمتر از نيروي شناوري آب درياست و بنابراين زيردريايي در اين حالت مانند كشتي روي سطح آب باقي خواهد ماند.
براي فرورفتن زيردريايي در آب، دريچه خروج هوا (دريچه اصلي) و دريچه ورود آب را باز مي‌كنند تا آب دريا وارد مخزن بالاست شود. به اين ترتيب وزن زيردريايي بيشتر از نيروي شناوري مي‌شود و زيردريايي در آب فرومي‌رود.

براي بالا آمدن زيردريايي دريچه اصلي را مي‌بندند و دريچه گاز فشرده شده را باز مي‌كنند تا هوا وارد مخزن بالاست شود. با ورود گاز به مخزن و خروج آب از دريچه‌هاي پائيني، وزن زيردريايي كم مي‌شود و نيروي شناوري آن را بطرف بالا مي‌برد.



پروانه نصب‌شده در انتهاي دم زيردريايي با چرخش خود، زيردريايي را به جلو و با چرخش برعكس به عقب! هدايت مي‌كند. براي شيرجه رفتن بطرف پائين (درهنگام حركت به جلو) انتهاي بالهاي جلو بطرف بالا و انتهاي بالهاي عقب بطرف پائين كج مي‌شوند و براي اوج گرفتن نيز انتهاي بالهاي جلو بطرف پائين و انتهاي بالهاي عقب زيردريايي بطرف بالا كج مي‌شوند تا (مانند پرواز هواپيما در هوا ) مسير سيال عبوري (آب) از بالها براي حركت به مسير دلخواه تغيير يابد و نيروي بالابر يا پائين‌بر توليد شود.



براي حركت به چپ و راست نيز از سكان عقب كمك گرفته مي‌شود. مثل حركت كشتي و هواپيما (درهنگام حركت به جلو ) با كج كردن سكان به چپ، زيردريايي به چپ و با كج كردن سكان به راست، زيردريايي بطرف راست خواهد چرخيد.

پريسكوپ داخل زيردريايي هم از 2 آينه كج با زاويه 045 درجه ساخته شده تا خدمه بتوانند با چرخاندن آن، كشتي‌هاي سطح آب را مشاهده كنند.



از آنتن راديويي هم براي ارسال سيگنال به اطراف و برقراري ارتباط با ديگر زيردريايي‌ها و كشتي‌هاي ديگر و نيز از فرستنده ديگري ( رادار ) براي تشخيص موانع سرراه زيردريايي كمك مي‌گيرند.



چطوری میشه با وسایل های ساده آزمایشگاه اندازه مولکولهای روغن رو اندازه گیری کرد؟

1:



64 out of 100 based on 19 user ratings 294 reviews

@