Cosa fa implodere un sottomarino? » ABC della scienza

I sottomarini sono meraviglie dell'ingegneria che operano nelle profondità dell'oceano, sopportando un'enorme pressione e consentendo l'esplorazione umana sotto le onde.

Gli esseri umani hanno cercato di esplorare e navigare sotto il mare sin dal 300 aC circa. Nel corso della storia sono stati utilizzati numerosi metodi per viaggiare sott'acqua a fini di ricerca. La leggenda narra che il primo tentativo di realizzare un prototipo di sottomarino fu compiuto da Alessandro Magno.

Detto questo, avventurarsi in mare all’interno di una botte di vetro difficilmente sembrava un metodo efficace per esplorare il mondo sottomarino.

Nel 1578 d.C., William Bourne, un ufficiale navale britannico, incorporò una nave con struttura in legno ricoperta di pelle impermeabile che poteva essere remata sott'acqua. Il primo sottomarino ufficialmente documentato, chiamato “Tartaruga”, fu creato durante la Guerra di Rivoluzione Americana nel 1776. Fu alla fine del XIX secolo che i sottomarini si evolsero infine in navi pratiche con lo sviluppo di sistemi di propulsione e tecnologie più avanzate.

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I sottomarini sono progettati in modo tale da mantenere all'interno dello scafo la stessa pressione atmosferica al livello del mare.

Ciò porta a chiedersi: perché è così importante mantenere quella pressione di adattamento? Se la pressione interna è significativamente diversa dalla pressione esterna, può esercitare una quantità innaturale di stress sullo scafo, portando a cedimenti strutturali, perdite o addirittura implosione.

Quando un sottomarino è in superficie, le cisterne di zavorra vengono riempite d'aria, rendendo la nave meno densa dell'acqua e permettendole di galleggiare. Tuttavia, quando il sottomarino deve immergersi, rilascia aria dalle cisterne di zavorra e la sostituisce con acqua, aumentando la densità della nave. La pressione interna di un sottomarino è regolata dall'equilibrio tra la pressione dell'acqua esercitata sullo scafo e la pressione dell'aria all'interno.

Quando un sottomarino si immerge più in profondità, la pressione dell'acqua aumenta, comprimendo la pressione dell'aria all'interno dello scafo. Pertanto, per equalizzare la pressione all'interno di un sottomarino durante la salita o la discesa, i serbatoi di zavorra vengono allagati o pompati di conseguenza. Tutti i sottomarini dispongono inoltre di sistemi interni chiamati “sfere di pressione” per evitare che la pressione dell’aria interna diventi eccessiva.

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È evidente che gli “scafi a pressione” sono strutture importanti all’interno di un sottomarino, ma quali sono esattamente le loro funzioni?

Lo scafo pressurizzato è la principale struttura stagna che fornisce robustezza allo scheletro principale di un sottomarino. È costruito in modo tale da poter resistere alla pressione esterna esercitata dalle profondità oceaniche per proteggere l'equipaggio e i sistemi all'interno.

Uno dei compiti più importanti a cui gli ingegneri devono prestare attenzione quando progettano un sottomarino è assicurarsi che gli scafi pressurizzati siano resistenti alle perdite. Deve far fronte alla pressione idrostatica esterna senza collassare o deformarsi, mantenendo l'integrità complessiva dello scafo pressurizzato.

I sottomarini in genere utilizzano bombole del generatore di ossigeno per produrre ossigeno a bordo. Un contenitore è riempito con una miscela di clorato di sodio e polvere di ferro che, una volta accesa, subisce una reazione chimica e rilascia ossigeno gassoso.

Poiché non c’è accesso diretto all’atmosfera, i sottomarini devono immagazzinare sufficiente ossigeno respirabile per lunghi periodi sott’acqua. All'interno dei sottomarini è installato un sistema che genera ossigeno a bordo e lo immagazzina per un uso successivo.

Sott'acqua, uno dei metodi per generare ossigeno è, ovviamente, l'elettrolisi dell'acqua! L'elettrolisi divide l'acqua in molecole di idrogeno e ossigeno e quindi immagazzina l'ossigeno in serbatoi ad alta pressione. Si possono sicuramente portare a bordo anche bombole di ossigeno. Queste bombole immagazzinano ossigeno ad alta pressione, che può fornire ossigeno respirabile alle persone all'interno del sottomarino.

Tuttavia, a causa di limitazioni tecniche e dell’energia consumata durante il processo, l’elettrolisi non è un metodo universalmente accettato per la generazione di ossigeno.