Kapal selam berbobot ratusan hingga ribuan ton mampu menukik ke kedalaman laut, melayang stabil, lalu muncul kembali ke permukaan.
Kemampuan itu bukan keajaiban teknologi, melainkan penerapan Hukum Archimedes yang ditemukan lebih dari dua ribu tahun lalu.
Prinsip fisika ini menjadi kunci kapal selam mengendalikan posisinya di dalam air laut.
Banyak orang mengira kapal selam hanya mengandalkan mesin pendorong untuk bergerak naik-turun.
Padahal, peran terbesar dimainkan oleh tangki balas yang dapat diisi atau dikosongkan dengan air laut.
Dengan mengatur volume air di tangki tersebut, awak kapal mengubah berat keseluruhan kapal selam tanpa mengubah bentuk luarnya secara signifikan.
Mekanisme inilah yang memungkinkan tiga kondisi utama: tenggelam, melayang, dan mengapung.
Prinsip Hukum Archimedes pada Kapal Selam
Hukum Archimedes menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya apung ke atas.
Besarnya gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Dalam konteks kapal selam, gaya apung ini menjadi penentu apakah kapal akan tenggelam, melayang, atau mengapung.
Jika berat kapal lebih besar daripada gaya apung, kapal akan tenggelam.
Jika beratnya lebih kecil, kapal akan mengapung.
Jika keduanya seimbang, kapal akan melayang di kedalaman tertentu.
Kapal selam modern dirancang dengan sistem yang memungkinkan perubahan densitas secara cepat.
Saat berada di permukaan, kapal mengapung seperti kapal biasa.
Namun begitu turun ke bawah permukaan, kapal harus mampu mengontrol gaya apung agar tidak terus tenggelam atau naik secara tidak terkendali.
Air laut yang memiliki densitas tinggi memberikan gaya apung besar sehingga memudahkan kapal beroperasi secara stabil.
Densitas air laut berbeda dengan air tawar, sehingga faktor ini turut memengaruhi kinerja kapal selam.
Cara Kapal Selam Tenggelam dan Melayang
Untuk tenggelam, kapal selam mengisi tangki balasnya dengan air laut.
Proses ini menambah massa total kapal tanpa menambah volume yang signifikan.
Akibatnya, berat kapal menjadi lebih besar daripada gaya apung yang dihasilkan air yang dipindahkan.
Kapal pun mengalami gaya resultan ke bawah dan mulai menukik.
Semakin banyak air yang dimasukkan ke tangki balas, semakin cepat dan dalam kapal dapat tenggelam.
Mesin pendorong dan kemudi horizontal atau hydroplane membantu mengarahkan sudut penurunan agar lebih terkendali.
Kondisi melayang atau netral buoyancy dicapai ketika berat total kapal selam tepat sama dengan gaya apung.
Awak kapal mengatur jumlah air di tangki balas hingga mencapai titik keseimbangan ini.
Pada kondisi tersebut, kapal tidak lagi cenderung naik atau turun secara alami.
Kapal dapat melayang di kedalaman tertentu hanya dengan sedikit bantuan mesin pendorong untuk mempertahankan posisi.
Kondisi ini sangat penting untuk operasi diam-diam, pengamatan, atau penghematan energi.
