Ilma estää veden pääsyn sisälle.

Jotta vesi pääsee onteloon, joka on jo täytetty toisella nesteellä, sen on joko siirrettävä tai puristettava tämä neste.Säiliön muoto estää ilman pääsyn ulos ja vesi ei pääse tunkeutumaan sisään, jos sisällä oleva ilma on samalla paineella kuin ulkona oleva vesi, koska silloin rajapinnan nettovoima on nolla.

Ilmanpaine estää vettä.Jos ilmanpaine on korkeampi kuin vedenpaine, vesi ei pääse sisään.Tyypillisesti se on vain paineistettu kammio - ei koko osa.

Kuten joku muu on sanonut, ilmanpaine estää vettä pääsemästä sukellusveneeseen. Mutta tehdään joitain laskelmia.

Oletetaan, että rungon kestävyys ei ole ongelma, ts. sukellusveneen runko kestää ääretöntä painetta $ ^ 1 $.

Sisäinen paine on aluksi $ P_ {atm} = 1 $ atm. Ulkopaine (vedenpaine) voidaan laskea hydrostaattisesta yhtälöstä:

$$ P_ {out} (z) = P_ {atm} + \ rho g z $$

$$ P_ {in} = nRT / V $$

missä $ V $ on ilmamäärä kuun uima-altaan sisällä. Oletetaan myös, että erittäin tehokas ilmastointijärjestelmä pitää sisäisen lämpötilan $ T $ vakiona.

Näytettävällä sukellusvenesuunnittelulla mekaaninen tasapaino vaatii sitä

$$ P_ {out} = P_ {sisään} $$

josta saamme

$$ V (z) = \ frac {nRT} {P_ {atm} + \ rho g z} $$

Alkuperäinen tilavuus on

$$ V ^ * = \ frac {nRT} {P_ {atm}} $$

mistä

$$ V (z) = V ^ * \ cdot \ left (1+ \ frac {\ rho g z} {P_ {atm}} \ right) ^ {- 1} $$

Tämä yhtälö kertoo meille, kuinka kammion sisäilman tilavuus pienenee syvyyden mukana.

Veden osalta meillä on $ \ rho = 10 ^ 3 $ kg / m $ ^ 3 $, ja tätä arvoa voidaan pitää riippumattomana dollarista $ z $, koska vesi on melkein puristamatonta. Ilmanpaine on $ P_ {atm} = 10 ^ 5 $ Pa. Pyöristämme $ g $ arvoon $ 10 $ m / s $ ^ 2 $. Siksi saamme

$$ V (z) \ simeq V ^ * \ cdot \ left (1+ \ frac {z} {10 \ text m} \ right) ^ {- 1} $$

$ 10 $ metrin syvyydessä $ V \ simeq V ^ * / 2 $.

$ 20 $ metrin syvyydessä $ V \ simeq V ^ * / 3 $ ...

Voit nähdä, että huone on pian täynnä vettä. Tämän estämiseksi se on paineistettava, mikä edellyttää ilmalukon käyttöä. Mutta edes tällöin kammion painetta ei voida nostaa liikaa, muuten sisääntulijat voivat happimyrkytyksen.

$ 1. $ Tämä ei ole niin huono arvio, kuin miltä näyttää.Nykyaikaiset ydinsukellusveneet voivat mennä jopa 730 dollaria m ennen rungon romahtamista, kestävät 74 dollarin ilmakehän paineen.Sukellusvene, jossa on reikä, täytetään vedellä kauan ennen kuin runko romahtaa (katso yllä oleva keskustelu).