Tàu Ngầm

Các nhà thiết kế tàu ngầm đã thiết kế tàu ngầm thành một thân tàu gồm hai lớp vỏ trong và ngoài. Trong khoảng không giữa vỏ trong và vỏ ngoài chia thành một số khoang nước. Mỗi khoang nước đều lắp van dẫn nước vào và van xả nước ra. Tàu ngầm đang nổi trên mặt nước muốn lặn xuống, thì chỉ cần mở van dẫn nước vào các khoang chứa nước để cho nước biển nhanh chóng chảy đầy vào, lúc đó trọng lượng tàu ngầm đã tăng lên và khi trọng lượng vượt quá sức đẩy thì tàu sẽ chìm. Nếu như tàu ngầm đang lặn dưới nước muốn nổi lên thì chỉ cần dùng van dẫn nước vào rồi dùng không khí nén có áp lực cực lớn phun nước ở trong các khoang chứa nước qua van xả chảy ra ngoài, lúc đó trọng lượng giảm, sức đẩy của tàu ngầm lớn hơn trọng lực nên tàu nổi lên khỏi mặt nước. Nếu tàu ngầm muốn chạy trong khoảng nước ở giữa mặt biển và đáy biển thì có thể cho nước vào một phần khoang chứa nước hoặc xả một phần nước ở khoang chứa nước ra nhằm điều tiết trọng lượng tàu ngầm, khiến cho trọng lượng bằng hoặc lớn hơn sức đẩy một ít, lúc đó tàu ngầm có thể đi trong khu vực nước có độ sâu nông khác nhau.

Những tàu bình thường chỉ có thể đi trên mặt biển. Nhưng tàu ngầm thì vừa có thể đi trên mặt nước lại vừa có thể lặn sâu xuống biển đi ngầm dưới nước.

Vì sao tàu ngầm có thể lặn xuống, nổi lên? Đó là trò ảo thuật của sự thay đổi trọng lực và sức đẩy. Bất kỳ vật thể nào ở trong nước ngoài việc phải chịu đựng lực theo hướng thẳng đứng xuống dưới ra còn chịu lực nâng lên của nước. Lực nâng lên đó chính là sức đẩy. Khi sức đẩy lớn hơn trọng lực, vật thể sẽ nổi lên mặt nước, khi sức đẩy nhỏ hơn trọng lực, vật thể sẽ chìm xuống, khi sức đẩy bằng trọng lực hoặc chênh lệch rất ít thì vật thể sẽ "lơ lửng" ở bất kỳ vị trí nào trong nước. Nếu điều chỉnh độ chênh lệch giữa trọng lực và sức đẩy của tàu ngầm thì nó có thể chìm xuống, nổi lên. Nhưng thân tàu ngầm là cố định không thay đổi, nên sức đẩy mà nó chịu trọng nước là không thay đổi. Vì vậy muốn điều chỉnh độ chênh lệch này chỉ có thể tiến hành bằng cách thay đổi trọng lượng bản thân tàu.

Tàu ngầm đang nổi lên

Những con tàu bình thường chỉ có thể lướt trên mặt biển. Nhưng tàu ngầm thì vừa có thể đi trên mặt nước lại vừa có thể lặn sâu xuống biển đi ngầm dưới nước. Ảo thuật gì ở đây vậy? Bí mật nằm trong hai lớp vỏ của nó.
Bất kỳ vật thể nào ở trong nước, ngoài việc phải chịu lực tác dụng theo hướng thẳng đứng xuống dưới, còn phải chịu lực nâng lên của nước. Lực nâng đó chính là sức đẩy. Khi sức đẩy lớn hơn trọng lực, vật thể sẽ nổi lên mặt nước, khi sức đẩy nhỏ hơn trọng lực, vật thể sẽ chìm xuống. Khi lực đẩy bằng hoặc chênh lệch rất ít so với trọng lực, vật thể sẽ lơ lửng ở bất kỳ vị trí nào trong nước. Như vậy, nếu điều chỉnh được độ chênh lệch giữa trọng lực và sức đẩy của tàu ngầm, ta có thể điều khiển nó chìm xuống hay nổi lên dễ dàng.

Nhưng thân tàu ngầm là cố định không thay đổi, nên sức đẩy mà nó chịu trong nước là không thay đổi. Vì vậy, muốn điều chỉnh độ chênh lệch này, chỉ có thể thay đổi trọng lượng bản thân tàu ngầm.

"Bí mật" trong hai lớp vỏ

Thân tàu ngầm được thiết kế gồm hai lớp vỏ trong và ngoài. Trong khoảng không giữa hai lớp vỏ này chia thành một số khoang nước. Mỗi khoang nước đều lắp van dẫn nước vào và van xả nước ra.

Tàu ngầm đang nổi trên mặt nước, muốn lặn xuống chỉ cần mở van dẫn nước để nước biển nhanh chóng tràn đầy vào các khoang, lúc đó trọng lượng tàu ngầm sẽ tăng lên. Và khi trọng lượng vượt quá sức đẩy thì tàu sẽ chìm.

Tàu ngầm đang lặn dưới nước, muốn nổi lên thì chỉ cần dùng van dẫn nước vào rồi dùng không khí nén có áp lực cực lớn phun nước ở trong các khoang chứa nước qua van xả chảy ra ngoài, lúc đó trọng lượng giảm, sức đẩy của tàu ngầm lớn hơn trọng lực nên tàu nổi lên khỏi mặt nước.

Nếu tàu ngầm muốn chạy trong khoảng nước giữa mặt biển và đáy biển thì có thể cho nước vào một phần khoang chứa nước hoặc xả một phần nước ở khoang chứa ra nhằm điều tiết trọng lượng tàu ngầm, khiến cho trọng lượng bằng hoặc lớn hơn sức đẩy một chút, lúc đó tàu ngầm có thể đi trong khu vực nước có độ nông sâu khác nhau.


Tàu nổi – Kim chìm

Bất cứ vật nào nhúng xuống nước cũng chịu một sức đẩy bằng trọng lượng của thể tích chất nước mà vật chiếm chỗ”.
Cái kim thả xuống nước cũng chịu một sức đẩy Acsimet bằng trọng lượng phần thể tích nước mà kim chiếm chỗ. Giả sử thể tích kim bằng 0,01cm3. Thể tích nước 0,01cm3 có trọng lượng khoảng 0,0001 N. Như vậy sức đẩy Acsimet tác dụng vào kim là 0,0001N. Ta biết trọng lượng riêng của sắt khoảng 78000N/m3 nên trọng lượng của kim khoảng 0,00078N lớn hơn gần 8 lần sức đẩy Acsimet trên, do đó kim phải chìm xuống.

Trong khi đó, con tàu có thể nặng hàng chục nghìn tấn nhưng lại rỗng nên khi thả xuống nước nó chiếm một thể tích rất lớn, sức đẩy Acsimet cũng rất lớn. Sức đẩy này cân bằng với trọng lượng tàu làm tàu không chìm được.

Ta có thể làm một thí nghiệm đơn giản để thử lại. Lấy một nút bia để ngửa, thả xuống nước thì không chìm nhưng đem đập bẹp rồi thả xuống nước nút bia sẽ chìm!

Người đang đọc báo trên mặt Biển Chết

Do trọng lượng riêng của người nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước biển.
dngười = 11214 N/m3
dnước biển = 11740N/m3

Bơi lội trong Biển Chết bạn đừng bao giờ lo chết đuối, bởi vì hàm lượng muối trong nước biển ở đây cao tới 270 phần nghìn. Tỷ trọng nước biển còn lớn hơn cả tỷ trọng người bạn. Vì thế ta có thể nổi trên biển như một tấm gỗ.
Nhưng tại sao trong khi hàm lượng muối trung bình của nước biển trên tầng mặt các đại dương chỉ có khoảng 35 phần nghìn, còn hàm lượng muối trong Biển Chết lại cao đến vậy?

Giở bản đồ ra chúng ta sẽ thấy Biển Chết nằm ở vùng biên giới phía tây của Jordan, là chiếc hồ thấp nhất thế giới, lọt thỏm trong vùng có địa hình xung quanh tương đối cao. Thực ra, Biển Chết không phải là biển thực sự mà chỉ là một cái hồ không có đường ra, với một số con sông không lớn mang nước đổ vào. Chính đặc điểm này đã quyết định tính chất của nó.

Chung quanh các sông chảy vào Biển Chết phần lớn là sa mạc và nham thạch đá vôi. Các tầng nham thạch đó có chứa rất nhiều muối khoáng. Vì thế, nước sông chảy vào Biển Chết đều có hàm lượng muối rất cao. Do biển không có đường ra nên những khoáng chất này đều bị giữ lại toàn bộ. Đồng thời Jordan lại là vùng hanh khô, ít mưa. Mặt trời gay gắt không ngừng làm cho nước trong cái “vũng" kín này bốc hơi rất mạnh.
Trong khi đó, một nguồn nước chính của Biển - sông Jordan - lại bị rút bớt đáng kể để phục vụ tưới tiêu. Tháng năm qua, hàm lượng muối trong biển ngày càng nhiều, ngày càng đậm đặc. Kết quả là trong thuỷ vực này, trừ một vài vi khuẩn, không có sinh vật nào tồn tại được, vì thế nó mới được mang cái tên không lấy gì đẹp đẽ - Biển chết.


Tại sao ngọn lửa không tự tắt?

Lẽ thường, quá trình cháy tạo ra khí CO2 và hơi nước, đều là những chất không có khả năng duy trì sự cháy. Những chất này sẽ bao bọc lấy ngọn lửa,ngăn không cho nó tiếp xúc với không khí. Như vậy, ngọn lửa phải tắt ngay từ lúc nó mới bắt đầu hình thành chứ?


Nhưng tại sao việc đó lại không xảy ra? Tại sao khi dự trữ nhiên liệu chưa cháy hết thì quá trình cháy vẫn kéo dài không ngừng? Nguyên nhân duy nhất là, chất khí sau khi nóng lên thì sẽ nở ra và trở nên nhẹ hơn. Chính vì thế, các sản phẩm nóng của sự cháy không ở lại nơi chúng được hình thành (nơi trực tiếp gần ngọn lửa), mà bị không khí mới lạnh hơn và nặng hơn, đẩy lên phía trên một cách nhanh chóng.

Ở đây, nếu như định luật Acsimet không được áp dụng cho chất khí (hoặc, nếu như không có trọng lực), thì bất kỳ ngọn lửa nào cũng chỉ cháy được trong chốc lát rồi sẽ tự tắt ngay. Còn trong môi trường hấp dẫn yếu, ngọn lửa sẽ có hình thù rất kỳ quặc.

Chúng ta dễ dàng thấy rõ tác dụng tai hại của những sản phẩm cháy đối với ngọn lửa. Chính bạn cũng thường vô tình lợi dụng nó để làm tắt ngọn lửa trong đèn. Bạn thường thổi tắt ngọn đèn dầu hỏa như thế nào? Bạn thổi từ phía trên xuống, tức là đã dồn xuống dưới, về phía ngọn lửa, những sản phẩm không cháy được (do sự cháy sinh ra), và ngọn lửa tắt vì không có đủ không khí.

Lực đẩy Ác-si-mét
– Một vật nhúng chìm vào chất lỏng bị chất lỏng đẩy thẳng đứng từ dưới lên với lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ. Lực này gọi là lực đẩy Ác–si–mét.
– Công thức tính lực đẩy Ác–si–mét: FA = dV
Trong đó:
F : lực đẩy Ác–si–mét (N).
d : trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3).
V : thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3).

Sự nổi
Một vật có trọng lượng P được nhúng vào trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của đẩy Ác–si–mét FA :
– Vật chìm xuống khi P > FA (Hình a)
– Vật lơ lửng trong chất lỏng khi P = FA (Hình b)
– Vật nổi lên mặt chất lỏng khi P < FA (Hình c)

Khi vật nổi trên mặt chất lỏng thì lực đẩy Ác–si–mét F = dV, trong đó V chỉ là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng
Vì sao khi bạn cố ấn chiếc phao hoặc một bình nhựa rỗng xuống nước lại gặp hết sức khó khăn ? Vì sao khi đi trên ghe, thuyền hành khách cần phải được trang bị áo phao (Hình)?


Vì sao các khinh khí cầu đốt lửa lại bay được?


Do được bơm khí nhẹ nên trọng lượng riêng của khí cầu nhỏ hơn trọng lượng riêng của không khí. Khí cầu dễ dàng bay lên.

Các khinh khí cầu đốt lửa là những quả cầu chứa khí nóng. Chúng bay lên vì không khí chứa trong đó nhẹ hơn là không khí ngoài khí quyển. Vì không khí nóng có xu hướng bốc lên, nên khí cầu bay được.

Trong một lưu chất lỏng (lỏng hay khí), mọi chất có tỷ trọng nhẹ hơn đều có xu hướng đi lên trên: đó là điểu xảy ra khi khí cầu nóng lẫn trong khí lạnh. Cũng có hiện tượng như vậy đối với khí hyđro và heli, là những khí nhẹ so với không khí. Tóm lại, tất cả các khí cầu đều phụ thuộc vào nguyên tắc chênh lệch tỷ trọng.

Các khinh khí cầu đốt lửa hiện đại có vỏ ngoài bằng ni lông, dáng gần như hình cầu. Nó mở ra ở phía dưới để hứng không khí nóng được đốt lên bởi một vòi đốt bằng khí. Khi quả cầu chứa đầy, không khí nóng, nó bay lên. Nếu muốn hạ xuống, chỉ cần không khí này nguội đi.

Hành khách ở trong một buồng nhẹ bằng mây, phía dưới quả cầu.

Vì sao cá nổi lên chìm xuống dễ dàng?


Cấu tạo cơ thể đầu nhọn, đuôi thon giúp cá giảm ma sát với nước khi bơi.

Dù có là một tay bơi lặn cừ khôi đi nữa, bạn cũng không thể đang từ dưới sâu vọt lên mặt nước, hoặc ngược lại. Nhưng các loài cá thì có thể. Đó là vì chúng có chiếc bong bóng trong bụng luôn chứa đầy không khí. Sự thay đổi áp suất của bong bóng giúp chúng điều chỉnh vị trí dễ dàng.

Không khí được nạp vào bong bóng theo hai con đường: hoặc là cá nổi lên mặt nước, lấy không khí trực tiếp qua đường khí quản rất nhỏ ở đầu, hoặc chúng lấy không khí ngay trong nước qua các tế bào đỏ ở mang.

Các loài cá điều chỉnh vị trí trong nước chủ yếu nhờ vào việc làm thay đổi áp suất không khí trong bong bóng (khi muốn nổi lên, nó nạp đầy không khí vào, muốn lặn xuống, nó lại nhả ra). Đồng thời với việc này, cá cũng sử dụng các động tác quẫy đuôi rất mạnh, cộng với việc đớp đầy một lượng nước vào miệng rồi nhả qua hai mang, tạo thành một lực phản lực đẩy nó bơi lên hoặc lặn xuống rất nhanh chóng.

Ở từng độ sâu khác nhau, cá điều chỉnh dung lượng không khí trong bong bóng để cân bằng tỉ trọng của cơ thể với mật độ của nước, nhằm giữ thăng bằng. Tất nhiên những chiếc vây cũng có tác dụng quan trọng trong động tác giữ thăng bằng của cá: vây lưng, vây bụng, vây ngực và vây hậu môn giúp cho cá không bị ngả nghiêng.