เรือดำน้ำ

เรือดำน้ำ เป็นเรือรบที่สามารถปฏิบัติการในขณะที่อยู่ใต้ผิวน้ำได้ สร้างจากเหล็กแต่มีความสามารถในการเคลื่อนที่ภายใต้น้ำ เรือดำน้ำ ถูกนำมาใช้ในการสงครามและการค้นคว้าสำรวจใต้ทะเลลึกในบริเวณที่มนุษย์เราไม่สามารถดำลงไปได้ด้วยการสวมเพียงชุดดำน้ำ ด้วยคุณสมบัติที่พิเศษเหนือกว่ายานพาหนะชนิดอื่นคือ มันสามารถที่จะอยู่ได้ทั้งบนผิวน้ำและใต้น้ำ นับตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1620 ที่เรือดำน้ำลำแรกถูกสร้างขึ้นมา ขณะนั้นเรือดำน้ำสามารถจุคนได้เพียง 12 คน ดำน้ำได้ลึกเพียง 4.5 เมตร และเคลื่อนที่ใต้น้ำได้เพียง 8 กิโลเมตรก่อนที่จะต้องขึ้นสู่ผิวน้ำ ปัจจุบันเรือดำน้ำสามารถจุคนได้ถึง 150 คน สามารถอยู่ใต้น้ำได้นานนับเดือน ด้วยขนาดที่ใหญ่โตจนสามารถจุคนได้มากขนาดนี้ เรือดำน้ำมีวิธีการอย่างไรที่จะทำให้ตัวมันดำลงใต้น้ำได้และกลับขึ้นสู่ผิวน้ำได้อีก เรือดำน้ำถูกออกแบบมาเพื่อให้สามารถอยู่ในน้ำลึกได้ ด้วยตัวลำเรือที่ถูกออกแบบให้มีผนังสองชั้น เป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้ลูกเรือสามารถอยู่ในเรือได้อย่างปกติ แม้จะอยู่ในระดับความลึกมากเพียงใดก็ตาม และสามารถอยู่ได้นานจนกว่าอากาศและอาหารจะไม่เพียงพอ

ปัจจุบันเรือดำน้ำถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เราสร้างเรือดำน้ำขนาดที่เล็กสามารถดำน้ำในระดับที่ลึกมาก เพื่อทำงานเฉพาะกิจบางอย่าง เช่น การสำรวจซากเรือโบราณ, การวางสายเคเบิลใต้น้ำ, การหาร่องรอยของแผ่นดินไหว และการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตใต้ทะเล
ซึ่งทำให้มนุษย์เราสามารถจะเข้าถึงโลกใต้ทะเลที่เราไม่เคยสัมผัสมาก่อน

อ้างอิงจากบันทึกใน "Opusculum Taisnieri" ตีพิมพ์ในปี 1562: 
ในปี ค.ศ. 1578 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ วิลเลียม บอร์น (William Bourne) ได้บันทึกไว้ในหนังสือของเขาเรื่อง Inventions or Devises ซึ่งเป็นหนึ่งในแบบแปลนแรกของการสร้างยานพาหนะนำทางใต้น้ำ (underwater navigation vehicle) ไม่กี่ปีต่อมานักคณิตศาสตร์และนักเทววิทยาชาวสก็อตชื่อ จอห์น เนเปียร์ (John Napier) ได้เขียนไว้ในหนังสือ"สิ่งประดิษฐ์ลับ" (Secret Inventions) (ปี 1596) ดังต่อไปนี้: "These inventions besides devises of sayling under water with divers, other devises and strategems for harming of the enemyes by the Grace of God and worke of expert Craftsmen I hope to perform." ไม่เป็นที่ชัดเจนว่าเขาได้เคยดำเนินการตามความคิดของเขาหรือไม่

ครั้งแรกของเรือดำน้ำที่ได้มีการสร้างเราได้ข้อมูลที่เชื่อถือได้ว่า มันได้ถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1620 โดย คอร์นีเลียส แดรบเบิล (Cornelius Drebbel), ซึ่งเป็นชาวดัตช์เพื่อใช้ในงานราชการของพระเจ้าเจมส์ที่ 1 แห่งอังกฤษ มันถูกสร้างขึ้นตามมาตรฐานของการออกแบบที่ระบุไว้โดยนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษที่มีชื่อว่า วิลเลียม บอร์น (William Bourne) มันถูกขับเคลื่อนโดยใช้วิธีการพาย

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 มีสิทธิบัตรมากกว่า 12 ฉบับ สำหรับเรือดำน้ำ / เรือใต้น้ำ (submersible boat) ที่ได้รับอนุญาตในอังกฤษ ในปี ค. ศ. 1747, นาธาเนียล ไซแมนส์ (Nathaniel Symons) ได้สร้างและจดสิทธิบัตรตัวอย่างการทำงานแรกที่รู้จักกันดีในการใช้ถังอับเฉา (ballast tank) สำหรับการดำน้ำ การออกแบบของเขาใช้ถุงที่ทำด้วยหนังสัตว์ที่สามารถบรรจุน้ำให้เต็มเพื่อสำหรับการดำลงใต้น้ำของตัวยาน มีการใช้กลไกในการบิดน้ำออกจากถุงและเป็นสาเหตุทำให้เรือลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ

เราสามารถควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ของเรือดำน้ำได้ด้วยการบังคับหางเสือเรือให้ไปทางซ้ายหรือทางขวา มีใบพัดที่สร้างแรงผลักให้เรือดำน้ำเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เราสามารถทำให้เรือดำน้ำจมน้ำ ลอยอยู่บนผิวน้ำหรือแม้กระทั่งลอยอยู่ใต้น้ำได้ เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งอยู่ใต้น้ำ น้ำจะถูกแทนที่ด้วยวัตถุอีกชิ้นนั้นในปริมาตรที่เท่ากัน น้ำหนักและปริมาตรเป็นสิ่งที่ทำให้วัตถุชิ้นหนึ่งจมหรือลอย หากเราโยนไม้ท่อนหนึ่งลงในน้ำ ไม้ท่อนนั้นจะเข้าไปแทนที่น้ำ ในขณะที่น้ำจะมีแรงดันกลับทำให้ไม้ลอยน้ำขึ้นมา ถ้าเราเปรียบเทียบน้ำหนักของไม้กับน้ำที่มีปริมาตรเท่ากันจะพบว่า ไม้มีปริมาตรที่เบากว่า ดังนั้น น้ำจึงมีกำลังพอที่จะรองรับไม้ท่อนนั้นไม่ให้จมลงใต้น้ำหากเราเปลี่ยนจากไม้เป็นก้อนหินซึ่งมีน้ำหนักมากกว่าน้ำ ก้อนหินก็จะจมลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากน้ำไม่สามารถจะรองรับน้ำหนักของก้อนหินไว้ได้ หากเราลองใช้ขวดพลาสติกที่มีน้ำหนักเบานำมาเติมน้ำลงไปครึ่งขวดแล้วนำขวดนั้นไปใส่ในน้ำ เราเห็นว่าขวดจะจมลงไปเพียงแค่ส่วนที่มีน้ำอยู่เนื่องจากน้ำหนักของน้ำที่อยู่ในขวดนั้นมีพอ ๆ กับน้ำภายนอกขวดที่ถูกแทนที่ แต่ถ้าเราใส่น้ำจนเต็มขวด ขวดใบนั้นก็จะจมน้ำ เนื่องจากน้ำหนักของขวดขณะนั้นเท่ากันหรืออาจจะมากกว่าน้ำที่ถูกแทนที่ เรือดำน้ำใช้หลักการนี้ในการดำลงใต้น้ำและกลับขึ้นสู่ผิวน้ำ วิธีการก็คือ ลดหรือเพิ่มปริมาณของน้ำและอากาศที่อยู่ในถังอับเฉาให้เหมาะสม เวลาที่ถังอับเฉามีแต่อากาศ น้ำหนักของเรือก็จะน้อยกว่าน้ำ ทำให้เรือลอยอยู่บนผิวน้ำได้ แต่ถ้าหากในถังอับเฉามีน้ำอยู่เต็ม น้ำหนักของเรือก็จะมากกว่าน้ำซึ่งก็จะทำให้เรือจมลงใต้น้ำ หากเราต้องการให้เรือลอยขึ้น สามารถทำได้โดยการปล่อยอากาศที่ถูกอัดเอาไว้ในถังอัดอากาศเพื่อดันน้ำออกไปจากถึงอับเฉา เมื่อปริมาณน้ำลดลง เรือก็จะมีน้ำหนักน้อยลงจนถึงระดับที่เบากว่าน้ำ ทำให้เรือสามารถลอยขึ้นเหนือผิวน้ำได้

เมื่อต้องการดำลงใต้น้ำลึกอีกครั้งก็สูบน้ำเข้ามาในถังอับเฉา โดยปกติแล้วเราก็จะเพิ่มน้ำเข้าไปจนกระทั่งน้ำหนักของเรือเพิ่มขึ้นจนเท่ากับน้ำหนักของน้ำ
เพียงเท่านี้เรือก็สามารถเคลื่อนที่อยู่ใต้น้ำได้