La fisica del sottomarino: come fa un corpo così grande e pesante a fare su e giù in mare
I sottomarini sono strumenti incredibili, ed è capace di galleggiare e di muoversi in profondità nonostante il peso. E la fisica ci permette di capire il perché.
I sottomarini sono tra le invenzioni più affascinanti mai realizzate: vere e proprie città galleggianti che scelgono di abitare il silenzio degli abissi. Hanno qualcosa di misterioso, quasi poetico, perché nascono dall’idea di esplorare un mondo nascosto, dove l’uomo non dovrebbe trovarsi e dove invece riesce a muoversi come un pesce d’acciaio.
Non servono solo per scopi militari, anche se questa è l’immagine più diffusa. Esistono sottomarini dedicati alla ricerca scientifica, alla scoperta dei fondali oceanici, all’osservazione della vita marina o alla manutenzione di cavi e strutture sommerse.
Nel corso del tempo, questi mezzi si sono evoluti in modo straordinario. Dai primi prototipi in legno e aria compressa ai colossi tecnologici di oggi, ogni generazione ha spinto un po’ più in là il limite di ciò che è possibile sotto la superficie.
Vivere e lavorare in un sottomarino significa accettare l’idea di isolamento: giorni o settimane lontani dalla luce, immersi in un mondo che pulsa di silenzio e pressione.
Il principio che fa muovere un sottomarino
Il funzionamento di un sottomarino si basa su un principio tanto semplice quanto ingegnoso: il controllo della densità. L’idea è che, variando la quantità d’acqua e d’aria contenuta nelle sue camere interne, il mezzo possa decidere se restare a galla, immergersi o mantenersi sospeso sotto la superficie. Tutto ruota attorno a un gioco di equilibri tra la spinta verso l’alto dell’acqua e il peso complessivo del sottomarino stesso.
Questa logica nasce dai principi dell’idrostatica, secondo cui un corpo immerso in un fluido subisce una spinta verso l’alto pari al peso del volume di liquido spostato. È il concetto di Archimede, ma applicato a una macchina capace di modificare il proprio peso apparente grazie a un sistema di camere e pompe.
Qualche dettaglio (fisico) in più
Attorno allo scafo del sottomarino c’è una grande camera d’aria. Quando questa camera è piena d’aria, il mezzo è più leggero dell’acqua e galleggia con facilità. Aprendo invece i bocchettoni, la camera si riempie d’acqua, la densità media del sottomarino aumenta e, diventando maggiore di quella del mare, l’imbarcazione comincia a scendere. È un processo controllato con estrema precisione da pompe che regolano quanta acqua entra o esce.
Quando la quantità d’acqua è tale da rendere la densità del sottomarino uguale a quella del mare, il mezzo rimane sospeso in equilibrio, senza salire né scendere. Per riemergere, basta comprimere l’aria nelle camere e spingere fuori l’acqua: la densità diminuisce e la spinta idrostatica riporta lentamente il sottomarino verso la superficie.