¿Cómo podría construirse un submarino simple utilizando la tecnología del año 100 a.C.?

Hay dos ejemplos históricos.

Primero, los griegos de la época de Alejandro crearon un submarino estilo campana de buceo (también inventaron una pista de motor de vapor ). Así que esto es seguramente repetible. Modifique el estilo de campana de buceo para que la manguera de aire esté unida a un dispositivo de flotación y se arrastre detrás, y los soldados puedan marchar por el fondo. (Es cierto que en algunas áreas el fondo del mar no sería lo suficientemente sólido para marchar sobre él)

En segundo lugar hay un informe histórico de un submarino creado para recorrer ríos durante la Europa medieval. El libro (cuenta Singular) informó que las vejigas de los cerdos se inflaron como lastre y tenía una tripulación de 6 a 12 hombres trabajando con los remos. Cuando el aire se volvió difícil de respirar, el alquimista del Monarca soltó unas gotas de algo en el aire que lo refrescó.

La liberación de una sustancia química que roba el carbono del CO2 y libera el O2 nuevamente en la atmósfera contenida lograría el mismo resultado.

Aquí hay un enlace. http://www.submarine-history.com/NOVAone.htm

Lo que quieres saber es si los antiguos romanos podían diseñar y construir una atmósfera artificial. Voy a decir que es poco probable. Sin embargo, habría sido posible construir el casco del submarino y los sistemas de propulsión. Tenían acceso al tornillo de Arquímedes y al trabajo de madera hermético al agua y al aire. Podrían haber construido un submarino de aguas poco profundas.

Construir un tanque de aire comprimido para contener aire adicional probablemente no tomaría demasiado, aunque dudo que los romanos tuvieran el tipo de mecanizado de precisión requerido para hacer buenos accesorios. Este tipo tiene más que decir sobre sus limitaciones . Podrían haber hecho bolsas de piel de animales y comprimido algo de aire en ellas, por lo que no se necesita maquinado para eso.

El problema en las atmósferas artificiales no es obtener suficiente oxígeno sino tener demasiado CO2. Los depuradores de dióxido de carbono se utilizan prácticamente en todos los lugares donde se necesita una atmósfera artificial. Muchos funcionan con cal sodada o productos químicos similares. El descubrimiento de las propiedades de la cal sodada es relativamente reciente. Hay una patente otorgada en 1949 a la aplicación de cal sodada como depurador de CO2. Hace referencia a una patente para empaquetar " álcali cáustico " de 1888. Esto implica fuertemente para mí que inventar cualquier tipo de depurador de CO2 está mucho más allá de lo que los romanos podrían haber inventado. Claro, podrían haber tenido suerte, pero habrían tenido mucha suerte.

Sin depuradores, todos esos primeros submarinistas con sus botellas de aire comprimido sabrían que les arde mucho la nariz y sienten una necesidad desesperada de llegar a la superficie.

Anexo: Los romanos eran ingenieros fantásticos. Encontré esta lista bastante larga de innovaciones técnicas que hicieron. Demasiado tarde para el marco de tiempo especificado en esta pregunta, pero aún impresionante, la lista mencionada anteriormente indica que a fines del siglo III dC, los ingenieros romanos tenían todos los mecanismos necesarios para fabricar una máquina de vapor. No lo hicieron, pero todos los componentes estaban allí.

Los submarinos para la guerra (especialmente en un mundo sin sonar o helicópteros) no necesitan ser completamente sumergibles. Pueden ser semisumergibles. Es decir, el cuerpo del barco está justo debajo de la superficie del agua y las partes del barco, como los tubos y los periscopios, están siempre por encima de la superficie.

Debido a que nunca están fuera de contacto con la superficie, no necesitan suministro de aire, solo una buena ventilación. Pueden ser de muy baja tecnología. Solo se necesita el conocimiento de la física de la flotación (Arquímedes) para construir uno.

Hoy en día, los semisumergibles son más conocidos como submarinos de cocaína o narcosubmarinos. La mayoría se construyen en Colombia y se utilizan para el contrabando de drogas (google "narcosubmarino"). Algunas de las versiones más avanzadas se pueden sumergir durante cortos períodos de tiempo.

Cómo construir un submarino en el año 100 a. C. con materiales y tecnologías conocidas por los romanos en ese momento según esta lista de tecnologías . Suponemos que un arquitecto naval moderno se encuentra a orillas del Mediterráneo

Sistemas de armas: taladros de latón o sierras recíprocas montadas en el casco del submarino que se utilizan para atacar la quilla de los barcos enemigos. Los carpinteros de barcos no pueden reparar quillas rotas en el mar, pero pueden reparar agujeros en el casco. El submarino carece de energía cinética/impulso para ataques de embestida.

Casco: Fácil. Los pueblos del Mediterráneo surcaron los mares durante siglos/milenos antes de que apareciera nuestro arquitecto naval. Moldear madera en formas herméticas al aire o al agua no debería ser difícil para un carpintero consumado. Esta parte está definitivamente resuelta.

Propulsión: un tornillo primitivo podría ser fundido de latón . Trabajar con latón fundido abre enormes posibilidades para los componentes estructurales de este submarino.

Visibilidad: Los romanos eran sorprendentemente buenos sopladores de vidrio. Es posible que nuestro arquitecto solo haya necesitado ordenar algunas piezas de dimensiones específicas para formar ojos de buey en el casco.

Atmósfera: Esta es la parte difícil. Como nuestro arquitecto no es químico, carece del conocimiento químico para hacer cal sodada (o cualquiera de los otros depuradores de CO2 descritos en otras respuestas). Sabría sobre el aire comprimido y podría construir un compresor de aire primitivo almacenado en metal. tanques Los sellos pueden estar hechos de cuero engrasado o cera comprimida entre dos piezas de metal para que el tanque de aire retenga mejor el aire. La tubería podría fabricarse, aunque esto podría ser una compensación en el tiempo de ingeniería.

Guerra Psicológica: Sabe que los romanos y los enemigos romanos son gente supersticiosa. Por lo tanto, agregaría algunos elementos al submarino que, si se vieran en la superficie, harían que cualquiera que lo viera pensara que había visto un monstruo marino.

Disponibilidad y financiación de artesanos: muchas de estas innovaciones requerirían los mejores artesanos que el imperio romano tenía para ofrecer. Que mucha gente y las cantidades de materiales para los experimentos requerirían grandes necesidades de financiación y un patrocinador poderoso. Entrar en este tipo de posición es una cuestión completamente diferente. Tal vez alguna inspiración de "Un yanqui de Connecticut en la corte del rey Arturo" de Twain.

No creo que esto sea posible:

TL; DR: El submarino será muy, muy lento, demasiado lento y un romano no podrá convertirlo fácilmente en un arma.

Un traje de buceo con extractor de CO _{2 de} cal sodada podría funcionar, pero no he cubierto eso.

Presión del agua

Los romanos ciertamente podían construir barcos. Tiene sentido que un carpintero romano pudiera construir un buque submarino vagamente submarino. Sin embargo, dado que el barco estará bajo el agua, tendrá que soportar una presión de agua ligeramente más alta. Wolfram Alpha me dice que la presión a 10 pies bajo el nivel del mar es de 130 kPa. Como Mike Lse señala en los comentarios, un casco de madera se doblaría y flexionaría bajo el agua, al igual que el casco de un barco normal. A medida que el casco se doble, las costuras se abrirán brevemente y el submarino tendrá fugas. En un barco ordinario, esta agua se bombeao arrojado por la borda, pero realmente no puedes hacer esto en un submarino. El submarino se hundiría y no podría salir a la superficie. Podrías hacer el submarino con un "casco rígido totalmente metálico hermético". Dudo que los romanos pudieran moldear fácilmente una pieza de metal hueca del tamaño de un submarino. Hacer el barco con placas de metal más pequeñas presentaría los mismos problemas que un barco de madera.

Maniobra

Otro problema sería maniobrar. Los submarinos modernos se sumergen tomando agua en compartimentos especiales y salen a la superficie extrayendo el agua de esos compartimentos (generalmente bombeando un gas). Esto sería difícil de replicar para los romanos porque no tenían el tipo de ingeniería de precisión requerida para fabricar un dispositivo de este tipo, ni tienen acceso a gas presurizado para limpiar los compartimentos de buceo.

Superando la fricción

Descargo de responsabilidad: esta sección se basa completamente en mi google de 10 minutos. Si usted (el lector) sabe de qué está hablando, entonces no tengo ningún problema con que mejore esto con una edición. Pista Pista.

Una cosa que las otras respuestas no cubren es que moverse bajo el agua es difícil . Esta pregunta de physics.SE y este sitio vinculado brindan de manera útil la siguiente ecuación para encontrar la fuerza de arrastre ejercida en su submarino:

Supondremos que el frente del submarino es esférico ( supongamos un submarino esférico en un vacío perfecto... ) con un radio de 2,5 metros. Si entiendo correctamente la tabla del segundo enlace, entonces el coeficiente de arrastre ($c_d$) del casco debe ser de aproximadamente$1.1$(o entre un humano y un manojo de cables, que es mi estimación (muy mala) para un sub de madera).

Tenemos:
$c_d = 1.1$
$ρ = 1000$(densidad del fluido,$1000kg/m^3$para agua)
$v = 3.3$(Velocidad objetivo,$m/s$, ~ 2 veces la velocidad de marcha)
$A = 2\pi2.5^2 = ~39.27m^2$(Área del frente del submarino)

Lo que nos da:

Incluso si mi cálculo es escandalosamente incorrecto ( debe serlo ), no creo que un solo romano o un pequeño grupo de personas puedan impulsar el submarino a ninguna velocidad.

Los barcos romanos tenían muchos remos. El trirreme por ejemplo tenía 170 remeros. Si ponemos los 170 en el submarino descrito arriba, tendrían que ejercer 615 N de fuerza cada uno para mantener una velocidad de$2.2 m/s$es decir: un poco más que la velocidad de caminar.

Aire

Con 170 hombres a bordo, su barco necesitará mucho aire. No creo que los romanos pudieran tener aire comprimido, al menos no a las presiones requeridas. Soda Lime podría ser suficiente para algunas personas: ( Cita de mi primer borrador )

Como han señalado las otras respuestas, eliminar el CO ₂ del barco es su principal preocupación y puede hacerlo con cal sodada, que está hecha de hidróxido de calcio (agua de cal, a la que tenían acceso los romanos) e hidróxido de sodio (también conocido como soda cáustica , también conocido como lejía). Hacer cal sodada está al alcance de los romanos.

Pero me di cuenta de que eso no es suficiente con 170 hombres. Necesitará un embudo y fuelles para el aire (mejor que sea un embudo grande ) o mucha cal sodada.

armamento

El trirreme dependía de la velocidad para embestir a los barcos enemigos porque los romanos no tenían cañones u otras armas convenientes para apuntar y disparar. Algunos barcos tenían trebuchets. La embestida está fuera de discusión para el submarino, al igual que las catapultas submarinas, por lo que la armamentización será difícil, si no imposible, para su general romano. Dronzseñala en los comentarios que se podría usar una ballesta submarina, a quemarropa. Esto es posible pero el rendimiento de la ballesta se verá afectado por el agua, por lo que la velocidad final y la potencia de cada proyectil estarían limitadas. Armar el submarino seguirá siendo difícil.

También mira el sistema de buceo de Leonardo ( ver también aquí ).

Mientras trabajaba en Venecia, la "ciudad del agua", en 1500, da Vinci diseñó su equipo de buceo para ataques furtivos contra barcos enemigos desde el agua. El traje de buceo de cuero estaba equipado con una máscara en forma de bolsa que cubría la cabeza del buzo. Unidos a la máscara alrededor del área de la nariz había dos tubos de caña que conducían a una campana de buceo de corcho que flotaba en la superficie.

Se suministró aire desde la abertura de los tubos al buceador que se encontraba debajo. La máscara también estaba equipada con un globo accionado por válvula que podía inflarse o desinflarse, de modo que el buceador pudiera salir a la superficie o hundirse más fácilmente. Además, el invento del equipo de buceo de Leonardo da Vinci incorporó una bolsa para que el buceador orinara.

El programa de televisión que vi donde lo construyeron y lo probé (corrigiendo una falla deliberada en el dibujo) descubrió que la parte flotante mantendría una reserva de aire cuando se sumergiera por completo. Los soldados podían moverse mientras hacían esnórquel e ir en sigilo para la aproximación final, o sumergirse profundamente para cualquier trabajo que estuvieran haciendo. (Vea este código de tiempo de video 3:50 para el concepto de "tirar hacia abajo" del que estoy hablando).

Eso podría ser hecho por romanos y usado como infantería. El flotador/depósito evoluciona hacia un tiempo "todo bajo" prolongado utilizando vejigas de aire más grandes y boyas de esnórquel compartidas que se convierten en pequeñas embarcaciones.

Imagine la diferencia interesante con respecto a su concepto estándar de submarino de casco sellado: los buzos se dispersan o se reúnen en un marco abierto hacia y desde el sitio, en lugar de una lata cerrada.

Como esta tecnología ciertamente también se usaría para proyectos de construcción (como lo fueron eventualmente los casosns y las campanas en nuestra civilización), es plausible que se den cuenta de que llevar cal hace que el aire se mantenga en buen estado por más tiempo. El ejército también era el cuerpo de ingenieros, y estaría construyendo represas y puertos, así como destruyendo los del enemigo. Al estar familiarizados con el equipo subacuático, naturalmente podrían intentar usar algo como cajas o campanas para un trabajo de construcción eficiente, para permanecer más tiempo en el lugar de trabajo: es solo el resovour superdimensionado y sumergido usando cuerdas y pesos. El concepto evolucionado de una embarcación no sellada descendiente del flotador/bolsa para un solo usuario es esencialmente una campana de buceo móvil.

Llevarían cemento y ladrillos y demás en la campana, creo, ya que para eso la están usando. Y pueden encontrar que el cemento (la cal viva es el ingrediente principal) hace que el aire dure más.

El único componente que no estaría disponible en 100BC es la ventana de cristal. Sin introducir una fuente de vidrio transparente de calidad, necesitaría pensar en otra cosa. Tal vez encontraron pequeños pedazos transparentes de vidrio o mineral de cuarzo y simplemente hicieron mirillas, o no cubrieron toda la cabeza sino que usaron una boquilla como el tubo respirador de hoy.

Los romanos eran capaces de fundir grandes estructuras metálicas. PUEDES fundir grandes piezas de metal en la arena, cavando un agujero en el suelo y usando un trozo de cera como molde. SI realmente se necesita esta parte no es tan difícil. Una gran campana de bronce no es muy diferente de esto. Pero el problema con la tecnología es que haces lo que crees que está a tu alcance. Hablar con un romano sobre la construcción de un barco submarino es como pedirle a un hombre medieval que haga un viaje al infierno. Él no lo aceptará.

Puedes usar una gran campana cerrada para sumergirte bajo el agua. Como no tiene aire comprimido, no puede usar tanques de lastre para controlar la profundidad. Tienes dos opciones: atar pesos de lastre a tu casco a través de cables cuya longitud puedes controlar. Cuando los pesos de lastre toquen el suelo, su submarino dejará de sumergirse (la campana es menos densa que el agua desplazada), le dará longitud y su submarino subirá, etc. La otra opción es mantener dos flotadores sobre el agua y amarrar su submarino a ellos. La primera opción es arriesgada, no sabes qué tan profundo es el océano (todavía), la otra opción mantendrá un objetivo visible todo el tiempo. Si los flotadores están hechos de bronce u otro metal fuerte, y realiza su ataque de noche y están pintados de negro, es posible que su objetivo no tenga forma de detectar su aproximación.

El enfoque más realista es utilizar buzos y atacar barcos en el puerto.