Разрыхлитель подводной лодки

Что такое подводные лодки с разрыхлителем?

Хотя они были самых разных форм, цветов и размеров, все они работали по одному и тому же принципу. Помещенные в воду, они начали самостоятельно несколько раз нырять и всплывать на поверхность. Секрет? Щепотка маминого разрыхлителя (не соды) в секретном отделении.

Скачав и распечатав несколько дизайнов, которые я нашел в Интернете, я обнаружи��, что ни один из них не работает должным образом, независимо от используемого материала для печати. Некоторые из них наклонялись в сторону и не могли ориентироваться в вертикальном положении, когда их помещали в воду. Некоторые не тонули и не всплывали, а у некоторых были газовые камеры, которые не герметично закрывались должным образом. Поэтому я решил принять вызов и попытаться спроектировать свою собственную в надежде раскрыть физику, лежащую в основе работающей подводной ло��ки.

Оригинальные сабвуферы, которые были символом прошлого бэби-бумера, обычно включались в качестве премий в коробки с хлопьями Kellogg. Кроме того, существовали и другие версии, не относящиеся к подводным лодкам. Среди них были морские лягушки, косатки и дельфины. Существовала также разновидность лодки (наиболее известная как PT Boat), которая не ныряла, а двигалась по поверхности в��ды, используя аналогичный принцип.

Технические характеристики
Размеры (ДхШхВ): 79 х 28 х 44 мм
Вес: 17 грамм (без разрыхлителя)
Немного химии

Разрыхлитель состоит из 47% (по весу) моноаммонийфосфата, 43% бикарбоната натрия (пищевой соды) и 10% кукурузного крахмала. При смешивании с водой соединения вступают в реакцию с образованием углекислого газа. ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ. Пищевая сода и разрыхлитель — это не одно и то же! Пищевая сода сама по себе не будет хорошо реагировать с водой, но разрыхлитель будет реагировать, поскольку он уже содержит кислоту, необходимую для образования газа CO2.

Как работают подводные лодки с разрыхлителем?

Внутри подводной лодки есть камера, в которой хранится разрыхлитель. Эта область закрывается полностью, за исключением небольшого отверстия, расположенного в нижней части камеры. При попадании в воду подводная лодка тонет. Через несколько секунд разрыхлитель вступает в реакцию с водой с образованием углекислого газа. В результате под сабвуфером начинает образовываться пузырь. По мере того, как пузырь увеличивается в размерах, он в конечном итоге обеспечивает достаточную плавучесть, чтобы поднять подводную лодку на поверхность воды. Как только подводная лодка достигает верхней точки уровня воды, подводная лодка наклоняется в сторону, в результате чего пузырь углекислого газа высвобождается и подводная лодка снова тонет. По мере того, как он снижается, он продолжает производить больше углекислого газа, и процесс повторяется. Вся реакция может продолжаться некоторое время, заставляя подводную лодку много раз погружаться и всплывать на поверхность с полной камерой разрыхлителя.

Посмотрите это видео из Школы науки и математики Северной Каролины, чтобы увидеть это в действии: http://youtu.be/XS4HSPCjC28

Как это было спроектировано?

Изначально я угадал многие физические параметры на основе доступных видео, фотографий и т. д. оригинального саба. Также наткнулся на несколько патентов (см. раздел файлов), которые помогли п��ояснить некоторые вещи.

Я обнаружил, что при проектировании переводника для разрыхлителя трудно добиться конструкции, которая:

Имеет достаточную плавучесть, что позволяет ему едва тонуть в воде;
Генерировать ровно столько газа, сколько необходимо, чтобы субмарина могла подняться на поверхность, сохраняя при этом ее вертикальное положение;
Затем, достигнув поверхности, выпускает ��остаточно большой пузырь газа, чтобы субмарина снова опустилась на дно;
и, наконец, чтобы цикл повторялся несколько раз в течение нескольких минут.

После нескольких итераций я наконец придумал работающую модель. Возможно, он не так эстетичен, как оригинальный сабвуфер, но он функционален. Однако я добавил некоторые улучшения по сравнению с исходным дизайном; как конусная секция, которая навинчивается на камеру для разрыхлителя, образуя таким образом идеальное уплотнение и предотвращая утечку газа для шлифовки, необходимого для переводника. Кроме того, секции конуса и камеры были спроектированы так, чтобы их можно было снимать с вспомогательного корпуса, чтобы кто-то мог экспериментировать с различными формами.