Kapal selam
Kapal selam adalah kapal yang bergerak di bawah permukaan air, umumnya digunakan untuk tujuan dan kepentingan militer. Sebagian besar Angkatan Laut memiliki dan mengoperasikan kapal selam sekalipun jumlah dan populasinya masing-masing negara berbeda. Selain digunakan untuk kepentingan militer, kapal selam juga digunakan untuk ilmu pengetahuan laut dan air tawar dan untuk bertugas di kedalaman yang tidak sesuai untuk penyelam manusia.
Jerman memiliki kapal selam yang populer dengan sebutan U-Boat yang merupakan ringkasan bagi "Unterseeboot", mulai ditugaskan dalam Perang Dunia I sebagai sistem senjata yang mematikan bagi Angkatan Laut lawan terlebih-lebih pada Perang Dunia II. Sehingga terkenal dengan sebutan "U-Class". Selain Jerman, negara yang populer menggunakan kapal selam sebagai kekuatan utama Angkatan Laut adalah Uni Soviet/Rusia
Meskipun kapal selam mengapung dengan mudah, kapal itu mampu menyelam ke dasar samudra dan tetap berada di situ sampai berbulan-bulan lamanya. Rahasianya terletak pada konstruksi khas dinding rangkap kapal tersebut. Ruang-ruang khusus kedap air (atau tangki pemberat) antara dinding luar dan dinding dalam dapat diisi air laut sehingga meningkatkan bobot keseluruhan dan menguranig
kemampuan mengapungnya. Dengan dorongan baling-baling ke depan dan pengarahan bilah kemudi datar ke bawah, kapal itu menyelam.
Dinding dalam dari baja mampu menahan tekanan luar biasa di keadalaman. Setelah berada di dalam air, kapal mempertahankan posisinya dengan bantuan tangki-tangki pemberat sepanjang lunasnya. Untuk naik ke permukaan, kapal selam mengeluarkan air dari tangki pemberat. Periskop, radar, sonar, dan jaringan satelit merupakan alat navigasi utama kapal selam.
Selagi mengapung di permukaan, sebuah kapal selam dikatakan berdaya apung positif. Tangki-tangki pemberatnya hampir tak berisi air. Selagi menyelam, kapal memeroleh daya apung negatif karena udara di tangki pemberat dikeluarkan melalui katup udara untuk digantikan air yang masuk melalui lubang penggenang. Untuk melaju pada suatu kedalaman yang ajek, kapal selam menggunakan suatu teknik penyeimbang dengan apa yang disebut daya apung netral.
Dalam teknik ini, udara bertekanan dipompakan masuk tangki pemberat secukupnya, dan lubang penggenangnya dibiarkan terbuka. Untuk naik ke permukaan, udara bertekanan yang dibawa di kapal dipompakan masuk atangki pemberat, sehingga airnya keluar.
Kapal selam yang paling canggih membuat air tawar sendiri dari air laut. Ada pula cadangan udara yang dihasilkan dengan elektrolisis, suatu proses yang membebaskan oksigen dari air tawar.
Ketika berada dekat permukaan, kapal selam dapat mengambil udara dan melepaskan gas buang melalui snorkel tertutup yang membuka di atas muka air. Selain periskop, antena radio, dan tiang-tiang lainnya, beberapa snorkel menyembul di bangunan atas, atau menara komando.
Udara dipantau setiap hari untuk menjamin agar kadar oksigennya mencukupi. Udara juga disalurkan lewat saringan yang menyingkirkan segala kotoran. Gas buang keluar melalui pipa terpisah.
Sebuah kapal selam atau sebuah kapal laut bisa mengapung karena berat air yang dipindahkannya sama dengan berat kapal itu sendiri. Pemindahan air ini menciptakan sebuah gaya ke atas yang disebut gaya apung (buoyancy force) dan bekerja berlawanan dengan gaya gravitasi, yang akan menarik kapal ke bawah. Tidak seperti kapal biasa, sebuah kapal selam bisa mengatur gaya apungnya,
sehingga bisa membuatnya tenggelam dan muncul ke permukaan sesuai keperluan. Untuk mengatur gaya apungnya, kapal selam memiliki tangki-tangki pemberat dan tangki-tangki pelengkap atau penyeimbang yang bisa diisi dengan air maupun dengan udara. Ketika kapal selam berada di permukaan, tangki-tangki pemberat tersebut terisi dengan udara sehingga massa jenis keseluruhan kapal selam
menjadi lebih kecil daripada massa jenis air di sekelilingnya. Ketika kapal menyelam, tangki-tangki pemberat dipenuhi dengan air, sedangkan udara yang ada di dalam tangki pemberat tersebut dilepaskan keluar dari kapal selam sampai massa jenis keseluruhannya menjadi lebih besar daripada massa jenis air di sekitarnya sehingga kapal selam mulai tenggelam (gaya
apung negatif). Persediaan udara bertekanan dipertahankan di dalam kapal selam melalui tabung-tabung udara sebagai penopang hidup. Sebagai tambahan, kapal selam mempunyai perangkat-perangkat yang bisa bergerak berbentuk sayap-sayap pendek yang disebut hydroplane di bagian buritan untuk membantu mengatur arah penyelaman. Hydroplane akan diarahkan sedemikian rupa sehingga air akan bergerak
melewati buritan dan mendorong buritan ke atas sehingga kapal selam dapat mengarah ke bawah. Untuk menjaga kapal selam pada suatu tingkat kedalaman, kapal selam menjaga keseimbangan antara udara dan air di dalam tanki penyeimbang sehingga massa jenis keseluruhannya sama besar dengan massa jenis air di sekelilingnya (gaya apung netral). Ketika kapal selam mencapai kedalaman
jelajahnya, hydroplane akan diluruskan sehingga kapal selam bisa berjalan lurus melewati air. Air juga didorong di antara tanki penyeimbang haluan dan buritan untuk menjaga keseimbangan Ketika kapal selam muncul ke permukaan, udara bertekanan mengalir dari tabung-tabung udara ke tangki-tangki pemberat dan air di dalamnya didorong keluar dari kapal selam sampai massa jenis
keseluruhannya lebih kecil dari massa jenis air di sekelilingnya (daya apung positif) dan kapal selam pun muncul. Hydroplane diarahkan sedemikian rupa sehingga air akan bergerak ke atas buritan, dan mendorong buritan ke bawah, akibatnya kapal selam akan mengarah ke atas. Dalam situasi darurat, tangki pemberat bisa diisi dengan cepat dengan udara bertekanan tinggi untuk membawa kapal
selam tersebut naik ke permukaan dengan sangat cepat. Kapal selam bisa dikemudikan di dalam air dengan menggunakan kemudi ekor untuk berbelok ke atau ke dan dengan hydroplane untuk mengatur arah depan-belakang kapal. Sebagai tambahan, beberapa kapal selam dilengkapi dengan sebuah motor penggerak cadangan yang dapat dikeluar-masukkan sehingga bisa berputar 360 derajat.
Ada tiga masalah penting yang berkaitan dengan penopang hidup di lingkungan kapal selam yang tertutup yaitu: menjaga kualitas udara, menjaga suplai air bersih dan menjaga suhu. Ada tiga hal yang harus terjadi untuk menjaga udara di dalam sebuah kapal selam agar tetap bisa dihirup: Oksigen disediakan dari tangki bertekanan, generator oksigen (yang bisa membentuk
oksigen dari air yang dielektrolisis) atau semacam "tabung oksigen" yang mengeluarkan oksigen dengan sebuah reaksi kimia yang sangat panas. Oksigen bisa dikeluarkan secara terus-menerus oleh sebuah sistem terkomputerisasi yang mengontrol kadar oksigen di udara, atau bisa juga dikeluarkan dalam beberapa waktu secara periodik dalam sehari. Kebanyakan kapal selam mempunyai suatu perangkat
penyulingan yang bisa menarik air laut dan menghasilkan air bersih. Instalasi penyulingan tersebut memanaskan air laut menjadi uap air yang akan menghilangkan garam, kemudian mendinginkan uap air tersebut ke dalam sebuah tangki penampungan air bersih. Instalasi penyulingan dalam beberapa kapal selam bisa menghasilkan 10000-40000 galon (38000-150000 liter) air bersih setiap hari. Air ini digunakan terutama
untuk mendinginkan peralatan elektronik (seperti komputer dan peralatan navigasi), serta untuk menopang hidup para awak (misalnya, untuk minum, memasak, dan kebersihan diri). Suhu lautan yang mengelilingi kapal selam biasanya sekitar 39 °F atau 4 °C. Logam dari kapal selam menghantarkan panas dari dalam kapal ke air di sekelilingnya. Oleh sebab itu, kapal selam harus dipanaskan
secara elektrik untuk menjaga suhu yang nyaman bagi para awak. Tenaga listrik untuk pemanas datang dari reaktor nuklir, mesin diesel, atau baterai (untuk darurat).