Tàu ngầm là phương tiện độc đáo có thể di chuyển trên mặt nước và lặn xuống dễ dàng. Theo Business Insider, đối với các tàu thông thường, nó nổi trên mặt nước vì trọng lượng nước mà tàu chiếm chỗ bằng với trọng lượng của tàu.
Khi khối lượng của tàu đè lên mặt nước, nước tạo ra một lực đẩy ngược lại (còn gọi là lực đẩy Archimedes) giúp tàu nổi trên mặt nước. Nói cách khác, một vật sẽ nổi trên mặt nước khi khối lượng riêng tổng hợp của nó nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước, nếu ngược lại, vật sẽ chìm.
Tàu ngầm sử dụng nguyên lý điều chỉnh khối lượng riêng tổng hợp của nó so với khối lượng riêng của nước để lặn hoặc nổi. Quá trình này được thực hiện thông qua các khoang dằn bố trí trên vỏ tàu, kết hợp với thiết kế thân tàu hình giọt nước giúp tối đa lực cản của nước khi hoạt động.
 |
|
Minh họa cơ chế lặn của tàu khi khoang ngoài (outer hull) được bơm đầy nước giúp khối lượng của khoang trong (inner hull) lớn hơn khối lượng riêng của nước khiến tàu chìm xuống. Đồ họa: GIPHY
|
Khi lặn, các khoang dằn được bơm đầy nước khiến khối lượng riêng của nó lớn khối lượng riêng của nước giúp tàu chìm xuống. Động cơ đẩy sẽ giúp tàu hành trình ở độ sâu cho phép theo thiết kế khả năng chịu áp lực nước của thân tàu.
Để nổi lên, các máy bơm sẽ đẩy không khí vào các khoang dằn để ép nước ra ngoài, khi đó hiện tượng đối lưu của không khí sẽ đẩy tàu nổi lên mặt nước.
 |
| Minh họa cơ chế nổi của tàu khi khí nén (compressed air) thay thế cho nước trong các khoang dằn. Ảnh: GIPHY |
Các tàu ngầm của Nga thường được chế tạo với thân tàu đôi. Thân tàu bên ngoài sẽ chứa nước hoặc không khí để lặn hoặc nổi, thân tàu bên trong chứa các thiết bị, vũ khí và nơi làm việc của thủy thủ đoàn. Thiết kế này giúp tàu lặn sâu hơn, tăng khả năng sống sót trong trường hợp bị tấn công, va chạm hay rò rỉ nước.
Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế thân đôi là khối lượng lớn nên thời gian lặn hoặc nổi chậm hơn, độ ồn khi hoạt động cao hơn. Không gian bên trong tàu khá chật chội nên phải tiết giảm tối đa các thiết bị và vũ khí mang theo.
Các tàu ngầm phương Tây được thiết kế thân đơn. Giải pháp này giúp tàu lặn, nổi nhanh hơn, giảm khối lượng, tăng không gian cho thiết bị và vũ khí. Tuy nhiên, thiết kế thân đơn đòi hỏi sử dụng loại thép siêu cường để đảm bảo khả năng chịu áp lực nước. Tàu dễ tổn thương khi bị tấn công, va chạm hoặc rò rỉ nước.
