Tàu ngầm ra đời từ bao giờ và nó có cơ chế hoạt động thế nào?

  1. Lịch sử

Em cực kỳ thắc mắc là làm sao người ta có thể thay đổi khối lượng một con tàu để lúc nó nâng lên lúc lại hạ xuống được

Từ khóa: 

tàu ngầm

,

lịch sử

Ghi chép cổ xưa nhất về tàu ngầm là từ thời Hy Lạp cổ đại.
Trong tác phẩm Historia, sử gia Herodotus đã nhắc đến việc các thợ lặn Hy Lạp phục vụ dưới trướng Xerxes Đại đế khi được giao nhiệm vụ tìm kiếm kho tàng của người Ba Tư bị chìm dưới đáy biển, đã "lặn" xuống đáy biển rồi di chuyển liên tục 15km mà không nổi lên để bỏ chốn. Ngày nay, có nhiều giả thuyết cho rằng họ đã dùng một phương tiện đặc biệt tương tự như tàu ngầm để bỏ chạy.
Trong cuộc vây hãm Syracuse, cũng xuất hiện một số ghi chép của Thucydides về việc các thợ lặn dùng thiết bị chuyên dụng để lặn biển và dọn chướng ngại vật cho bến cảng. Nhưng rất mờ nhạt và không rõ ràng.
Alexander Đại đế trong trận vây hãm thành Tyre đã chế tạo chiếc tàu ngầm đâu tiên được ghi nhận chính thức trong lịch sử thế giới: một hộp gỗ được bít kín bằng vải và tẩm dầu. Chiếc hộp này có khả năng cung cấp oxi cho các thợ lặn làm việc dưới nước trong một thời gian nhất định. Các kỹ sư và thợ lặn của Alexander đã dùng chiếc hộp này để thăm dò đáy biển quanh thành Tyre.
Từ cuối thời kỳ Hy Lạp cổ điển đến hậu kỳ trung cổ, hầu như không có ghi chép gì về các phương tiện di chuyển dưới nước tương tự như tàu ngầm. Nhưng bắt đầu từ thời kỳ phục hưng, khi khoa học nghệ thuật phát triển, thế giới bắt đầu chứng kiến những ý tưởng "điên rồ" được các nhà khoa học đương thời nghĩ ra và thực nghiệm. Thì bắt đầu xuất hiện lại các ghi chép về việc nghiên cứu tàu ngầm.
Thiết kế được cho là tàu ngầm đúng nghĩa đầu tiên, là của William Bourne - một kỹ sư người Anh (1578). Tiếp đó là các thiết kế của Drebbel (1620), Papin (1690),...
Một trong những phát thảo đầu tiên về tàu ngầm hiện đại là tàu Nautilus (tiếng Hy Lạp: thủy thủ) trong tác phẩm "Hai vạn dặm dưới đáy biễn của nhà văn Pháp Jules Verne. Mặc dù chỉ là một con tàu trong tưởng tượng, nhưng nó ảnh hưởng mạnh mẽ tới giới khoa tới nỗi: rất nhiều con tàu ngầm ngày nay được đặt theo tên Nautilus để ghi nhớ về con tàu này.
Ngày nay, tàu ngầm hiện đại rất khác biệt so với những chiếc tàu ngầm sơ khai từ thời phục hưng. Nhưng chúng vẫn cùng chung nguyên lý là dựa theo lực đẩy Archimedes.
Cụ thể, theo định luật Archimedes: một vật khi đặt trong nước sẽ chịu chủ yếu hai lực tác dụng:
Trọng lượng bản thân (P)
Lực đẩy Archimedes: Facm = ρn.V
Như vậy, khi P > Facm -> vật chìm xuống dưới nước; P < Facm -> vật bị đẩy nổi lên; P = Facm -> vật "lơ lửng" trong mặt nước.
-> Để điều khiển được tàu ngầm nổi lên hai lặn xuống trong nước. Người ta sử dụng các bể trữ bố trí bên trong tàu.
Khi cần lặn xuống (tăng độ sâu) , các máy bơm sẽ bơm nước từ ngoài tàu vào bên trong các bể trữ. Không khí bên trong sẽ bị đẩy ra. Trọng lượng bản thân của tàu (P) sẽ tăng lên. Trong khi thể tích phần ngập nước của tàu (V) không đổi ( trường hợp tàu đang nổi trên mặt nước thì V sẽ tăng, nhưng không đáng kể do độ mớn nước của tàu ngầm vốn rất lớn). ρn thay đổi không đáng kể (theo vị trí địa lý và theo độ sâu)  -> P > Facm ->  tàu sẽ chìm xuống.
-> khi tàu cần nổi lên (giảm độ sâu). Chỉ cần làm ngược lại. Các máy bơm công suất lớn trong tàu bơm nước ra, đẩy không khí vào. P sẽ giảm đi, còn V không thay đổi (khi tàu nổi tới mặt nước thì V sẽ giảm nhưng không đáng kể), ρn hầu như không đổi -> P < Facm -> tàu sẽ bị đẩy lên.
Trường hợp muốn duy trì độ sâu của tàu ở một vị trí nhất định dưới mặt nước. Chỉ cần duy trì lượng nước trong tàu sao cho P = Facm -> tàu sẽ lơ lửng trong mặt nước.
Các bể chứa trong tàu ngầm thường được bố trí trong lớp vỏ của tàu. Mục đích là để giúp cân bằng áp suất trong và ngoài tàu, giúp tàu ổn định khi bơm nước.
Ngoài ra, để hỗ trợ việc lái tàu. Dọc theo tàu ngầm thường được bố trí thêm các bánh lái (có tác dụng như vây cá) thường là ở tháp điều khiển và đuôi của tàu.
Để hiểu hơn về cấu tạo và nguyên lí vận hành của tàu ngầm, bạn có thể chơi game Silent Hunter. Game có mô phỏng cấu tạo, nguyên lý, cách vận hành tàu ngầm rất chính xác.
Ảnh: một góc trong silent hunter
Trả lời
Ghi chép cổ xưa nhất về tàu ngầm là từ thời Hy Lạp cổ đại.
Trong tác phẩm Historia, sử gia Herodotus đã nhắc đến việc các thợ lặn Hy Lạp phục vụ dưới trướng Xerxes Đại đế khi được giao nhiệm vụ tìm kiếm kho tàng của người Ba Tư bị chìm dưới đáy biển, đã "lặn" xuống đáy biển rồi di chuyển liên tục 15km mà không nổi lên để bỏ chốn. Ngày nay, có nhiều giả thuyết cho rằng họ đã dùng một phương tiện đặc biệt tương tự như tàu ngầm để bỏ chạy.
Trong cuộc vây hãm Syracuse, cũng xuất hiện một số ghi chép của Thucydides về việc các thợ lặn dùng thiết bị chuyên dụng để lặn biển và dọn chướng ngại vật cho bến cảng. Nhưng rất mờ nhạt và không rõ ràng.
Alexander Đại đế trong trận vây hãm thành Tyre đã chế tạo chiếc tàu ngầm đâu tiên được ghi nhận chính thức trong lịch sử thế giới: một hộp gỗ được bít kín bằng vải và tẩm dầu. Chiếc hộp này có khả năng cung cấp oxi cho các thợ lặn làm việc dưới nước trong một thời gian nhất định. Các kỹ sư và thợ lặn của Alexander đã dùng chiếc hộp này để thăm dò đáy biển quanh thành Tyre.
Từ cuối thời kỳ Hy Lạp cổ điển đến hậu kỳ trung cổ, hầu như không có ghi chép gì về các phương tiện di chuyển dưới nước tương tự như tàu ngầm. Nhưng bắt đầu từ thời kỳ phục hưng, khi khoa học nghệ thuật phát triển, thế giới bắt đầu chứng kiến những ý tưởng "điên rồ" được các nhà khoa học đương thời nghĩ ra và thực nghiệm. Thì bắt đầu xuất hiện lại các ghi chép về việc nghiên cứu tàu ngầm.
Thiết kế được cho là tàu ngầm đúng nghĩa đầu tiên, là của William Bourne - một kỹ sư người Anh (1578). Tiếp đó là các thiết kế của Drebbel (1620), Papin (1690),...
Một trong những phát thảo đầu tiên về tàu ngầm hiện đại là tàu Nautilus (tiếng Hy Lạp: thủy thủ) trong tác phẩm "Hai vạn dặm dưới đáy biễn của nhà văn Pháp Jules Verne. Mặc dù chỉ là một con tàu trong tưởng tượng, nhưng nó ảnh hưởng mạnh mẽ tới giới khoa tới nỗi: rất nhiều con tàu ngầm ngày nay được đặt theo tên Nautilus để ghi nhớ về con tàu này.
Ngày nay, tàu ngầm hiện đại rất khác biệt so với những chiếc tàu ngầm sơ khai từ thời phục hưng. Nhưng chúng vẫn cùng chung nguyên lý là dựa theo lực đẩy Archimedes.
Cụ thể, theo định luật Archimedes: một vật khi đặt trong nước sẽ chịu chủ yếu hai lực tác dụng:
Trọng lượng bản thân (P)
Lực đẩy Archimedes: Facm = ρn.V
Như vậy, khi P > Facm -> vật chìm xuống dưới nước; P < Facm -> vật bị đẩy nổi lên; P = Facm -> vật "lơ lửng" trong mặt nước.
-> Để điều khiển được tàu ngầm nổi lên hai lặn xuống trong nước. Người ta sử dụng các bể trữ bố trí bên trong tàu.
Khi cần lặn xuống (tăng độ sâu) , các máy bơm sẽ bơm nước từ ngoài tàu vào bên trong các bể trữ. Không khí bên trong sẽ bị đẩy ra. Trọng lượng bản thân của tàu (P) sẽ tăng lên. Trong khi thể tích phần ngập nước của tàu (V) không đổi ( trường hợp tàu đang nổi trên mặt nước thì V sẽ tăng, nhưng không đáng kể do độ mớn nước của tàu ngầm vốn rất lớn). ρn thay đổi không đáng kể (theo vị trí địa lý và theo độ sâu)  -> P > Facm ->  tàu sẽ chìm xuống.
-> khi tàu cần nổi lên (giảm độ sâu). Chỉ cần làm ngược lại. Các máy bơm công suất lớn trong tàu bơm nước ra, đẩy không khí vào. P sẽ giảm đi, còn V không thay đổi (khi tàu nổi tới mặt nước thì V sẽ giảm nhưng không đáng kể), ρn hầu như không đổi -> P < Facm -> tàu sẽ bị đẩy lên.
Trường hợp muốn duy trì độ sâu của tàu ở một vị trí nhất định dưới mặt nước. Chỉ cần duy trì lượng nước trong tàu sao cho P = Facm -> tàu sẽ lơ lửng trong mặt nước.
Các bể chứa trong tàu ngầm thường được bố trí trong lớp vỏ của tàu. Mục đích là để giúp cân bằng áp suất trong và ngoài tàu, giúp tàu ổn định khi bơm nước.
Ngoài ra, để hỗ trợ việc lái tàu. Dọc theo tàu ngầm thường được bố trí thêm các bánh lái (có tác dụng như vây cá) thường là ở tháp điều khiển và đuôi của tàu.
Để hiểu hơn về cấu tạo và nguyên lí vận hành của tàu ngầm, bạn có thể chơi game Silent Hunter. Game có mô phỏng cấu tạo, nguyên lý, cách vận hành tàu ngầm rất chính xác.
Ảnh: một góc trong silent hunter

Tàu ngầm ra đời từ đầu thế kỷ 17, ở Anh. Ý tưởng về nó ra đời vào khoảng giữa thế kỷ 16.

Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm rất đơn giản, chỉ dựa vào Nguyên lý Archimedes: Khi 1 vật chìm trong chất lỏng thì nó sẽ chịu 1 lực đẩy lên bằng trọng lượng khối chất lỏng bị chiếm chỗ.

Tàu ngầm có 1 thể tích nhất định do đó nó luôn chịu 1 lực đẩy nổi nhất định. Khi đó, việc chế tạo tàu sẽ có các bể trống trong thân tàu ngầm gọi là các bể dằn. Các bể này đc tính toán sau cho khi muốn tàu nổi, không khí sẽ đc đưa vào các bể dằn khiến trọng lượng của tàu giảm xuống (ko khí nhẹ hơn nước nhiều lần) đủ để nó nhẹ hơn lượng nước nó chiếm chỗ (hay trọng lượng nhỏ hơn lực đẩy nổi) tàu sẽ nổi lên. Và ngược lại, bơm đầy nước vào bể dằn để tàu nặng hơn và chìm xuống. Các bể dằn sẽ đc bố trí trong thân tàu để có thể khiến 1 phần của tàu nặng hơn giúp nó giữ cân bằng hoặc chúc mũi tàu xuống/hếch mũi tàu lên khi cần thiết.

Nội dung liên quan

Những app hack mật khẩu wifi hoạt động dựa trên cơ chế nào?

Trong Lịch sử, có nhân vật nào vì "ảo tưởng sức mạnh" mà thất bại không?

Từ bao giờ linh hồn tồn tại trên thế giới?

Nội dung sắp xếp theo thời gian

Lật sử là gì?

Chữ hán với chữ nôm có gì khác nhau?

Ai có thể chỉ mình nhà sách nào hay cái app đặt hàng nào có thể mua được sách "Bơi cùng cá mập mà không bị nuốt chửng" không?

Dịch bệnh nào giết chết nhiều người nhất?

Tại sao không quân Việt Nam không đánh bom Sài Gòn?