Tại sao tàu ngầm có thể lặn xuống nổi lên và lơ lửng được trong nước?

Thế giới dưới đáy đại dương luôn ẩn chứa bao điều bí ẩn, và để khám phá nó, con người đã chế tạo ra những cỗ máy kỳ diệu: tàu ngầm. Khả năng lặn xuống, nổi lên và thậm chí lơ lửng giữa lòng đại dương của tàu ngầm không phải là phép thuật, mà là sự vận dụng tinh vi nguyên lý vật lý cơ bản – nguyên lý Archimedes.

Nguyên lý này khẳng định rằng một vật thể chìm trong chất lỏng sẽ chịu tác dụng của một lực đẩy hướng lên bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật thể chiếm chỗ. Lực đẩy này, hay còn gọi là lực đẩy Archimedes, chính là chìa khóa để hiểu vì sao tàu ngầm có thể điều khiển được độ sâu.

Tàu ngầm không chỉ đơn thuần là một khối kim loại nặng nề, mà là một hệ thống phức tạp với các khoang chứa nước gọi là khoang ballast. Chính sự thay đổi lượng nước trong các khoang này quyết định trọng lượng của tàu ngầm, từ đó tác động trực tiếp đến lực đẩy Archimedes và khả năng nổi hay chìm.

Khi tàu ngầm cần lặn, hệ thống van sẽ được mở, cho phép nước biển tràn vào các khoang ballast. Lượng nước này làm tăng trọng lượng của tàu ngầm, khiến trọng lượng tổng thể lớn hơn lực đẩy Archimedes. Kết quả là, tàu ngầm sẽ chìm xuống. Quá trình này được điều khiển chính xác đến từng centimet, đảm bảo an toàn cho con tàu và hành trình dưới nước.

Ngược lại, khi cần nổi lên, các máy bơm mạnh mẽ sẽ được kích hoạt để bơm nước biển ra khỏi khoang ballast. Việc giảm trọng lượng này làm cho lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lượng tàu ngầm, đẩy nó lên mặt nước. Sự điều chỉnh lượng nước trong khoang ballast là một nghệ thuật đòi hỏi sự chính xác cao, cân bằng giữa tốc độ nổi lên và an toàn của con tàu.

Và để lơ lửng ở một độ sâu nhất định, tàu ngầm cần duy trì một trạng thái cân bằng giữa trọng lượng và lực đẩy Archimedes. Điều này được thực hiện bằng cách tinh chỉnh lượng nước trong khoang ballast một cách liên tục, giúp tàu ngầm “lơ lửng” như một vật thể không trọng lượng giữa lòng đại dương bao la. Sự điều khiển này đòi hỏi hệ thống điều khiển điện tử tiên tiến và sự giám sát liên tục của đội ngũ kỹ thuật viên trên tàu.

Tóm lại, khả năng lặn, nổi và lơ lửng của tàu ngầm là một minh chứng tuyệt vời cho sự hiểu biết và ứng dụng sáng tạo của con người về nguyên lý vật lý cơ bản. Đó là sự kết hợp hài hòa giữa công nghệ hiện đại và hiểu biết sâu sắc về lực đẩy Archimedes, mở ra cánh cửa khám phá những bí ẩn sâu thẳm của đại dương.