كيف تعمل الغواصة؟ رحلة لفهم الطفو والضغط تحت الماء

هل توقفت يوماً أمام فيلم غواصة قديم وتساءلت كيف يمكن لسفينة معدنية عملاقة أن تغوص تحت سطح البحر ثم تعود إلى السطح كأنها سمكة ضخمة؟ في قصة البحار والآلة، يبدو الأمر كمشهد من حكاية سحرية. ولكن خلف هذه الصورة الرومانسية تقف معادلات الفيزياء وذكاء البشر الذين تحدوا أعماق البحار.

قصة الغواصات وولادة الفكرة

لطالما حلم الإنسان بالوصول إلى أعماق البحر كما حلم بالطيران في السماء. في القرون الماضية، نظر المستكشفون إلى الحيتان والسلاحف البحرية وتساءلوا: ما الذي يسمح لهذه المخلوقات بالغوص ثم الطفو بسهولة؟ في القرن السابع عشر ظهرت أولى المحاولات لبناء «قارب يغوص» لكنه لم يكن عملياً. ثم جاءت الثورة الصناعية ومعها فكرة استخدام خزانات مياه داخل الجسم تتحكم في وزنه. كانت هذه الفكرة نقطة البداية لعصر الغواصات الحديثة، وهي نتاج قرون من الفضول والعلم والتجربة.

اختراع الغواصة لم يكن مجرد مسألة هندسية؛ كان أيضاً نتيجة فهم عميق للطبيعة. أدرك المهندسون أن مفتاح الغوص والصعود يكمن في التحكم بكثافة السفينة مقارنة بالماء. ومن خلال مراقبة العالم الطبيعي، استلهموا نظاماً يسمح للسفينة أن تصبح أثقل أو أخف عند الحاجة.

قوة الطفو والضغط وذكاء التصميم

الغواصة الحديثة تشبه بلح البحر في سلوكها؛ فهي تملأ خزاناتها بالماء حين تريد الغوص، فتزداد كثافتها وتصبح أثقل من الماء فتغرق ببطء. وعندما ترغب في الصعود تفرغ هذه الخزانات من الماء، فيقل وزنها ويزيد الطفو فترتفع نحو السطح. الخزانات أو «صهاريج الاتزان» تُملأ بمياه البحر بواسطة فتحات وصمامات، ثم يُدخل الهواء المضغوط لإخراج الماء عند الصعود. بهذه الطريقة تتحكم الغواصة في وزنها بدقة كما يتحكم السباح في نفسه عندما يأخذ نفساً عميقاً فيطفو، أو يفرغ رئتيه فيغوص.

لكن الطفو ليس التحدي الوحيد. كلما غاصت الغواصة أعمق، ازداد ضغط الماء حولها. في الأعماق السحيقة يمكن أن يسحق الضغط المعدن مثل علبة صفيح فارغة. لذلك تُصنع أجسام الغواصات من فولاذ سميك أو سبائك خاصة، وتكون على شكل أنبوب أسطواني يساعد على توزيع الضغط بالتساوي. داخل الغواصة نظام آخر لتنظيم الضغط الداخلي بحيث يبقى آمناً للطاقم، يشبه عمل أذنيك عندما تتعادل الضغط أثناء الغوص في حمام السباحة.

هناك أيضاً مسألة الرؤية والتنقل. لا يمكن للغواصة الاعتماد على الضوء في الأعماق المظلمة، لذا تُستخدم أجهزة السونار لاستشعار البيئة المحيطة، ترسل الغواصة نبضات صوتية وتستقبل صدى ارتدادها لتعرف أين هي الصخور والكائنات. وتشبه هذه التقنية طريقة الخفافيش في الطيران ليلاً. ومع كل رحلة، تتذكر البشرية أن استكشاف المجهول يحتاج إلى أدوات تعيد تعريف حواسنا.

رحلة الغواصات تحت الماء ليست مجرد مغامرة تقنية؛ إنها درس في كيف يمكن للفهم العميق للطبيعة أن يتحول إلى تصميم مُحكم. من خلال مراقبة الطفو والضغط والتوازن، جعل المهندسون الغواصة آلة تستطيع التسلل إلى أعماق البحار بأمان، ليدرس العلماء أسرار المحيطات ويغوص الأطفال في عالم المعرفة بخيالهم. في كل مرة ترى فيها غواصة تخرج من الأمواج، تذكر أن وراء تلك اللحظة تاريخاً من الأسئلة، وإجابات مبنية على قوانين الفيزياء وحب الاستكشاف.