潜水艇的奥秘

很久以前，人们就设想在茫茫大海中，从水下隐蔽地袭击敌方的舰艇。

18世纪30年代，世界上制成了第一艘潜水艇，由于性能差，没能用于海战。到20世纪初，才出现了设备比较完善的潜水艇。第二次世界大战中，潜水艇发挥了巨大的作用，各国仅被它击沉的舰船就达到了4210艘！潜水艇能够象鱼一样，可在水面上航行，也可以沉到海洋深处潜伏前进。而普通的船，只能在水面上航行。

这是为什么呢？原来潜水艇上有一些被称为“水舱”的舱体。当潜水艇需要下沉时，就打开阀门，让海水注入水舱，使潜艇重量逐渐增加而渐渐下沉。当需要让潜水艇处于水中某一深度行进时，只需让水舱注入适当量的海水就行了。如果需要潜水艇上浮，就用机器把大量压缩空气注入水舱，排出舱中海水，减轻艇的重量，潜水艇就会迅速浮出水面。

这实际上是阿基米德原理的应用。原理告诉我们：浸在液体中的物体受到一个向上的浮力，它的大小等于物体所排开的液体受到的重力。所以，水舱储藏水量的多少是潜水艇上浮、下沉、保持深度的一个重要因素。

潜水艇不是一般的舰艇，主要是在水下进行战斗活动，靠水下隐蔽来发挥它的攻击威力。它除了能在一定深度的水中航行外，还应该能够潜伏在水下一定深度不动，给敌人以出奇不意的攻击。但是当潜艇所处深度的水的密度发生变化时，它就不能保持稳定。虽然潜艇可以通过做一些小的调整来对付这一变化，但是这种调整是不现实的，因为潜水艇的一些细微动作，都可能被敌方侦察到，所以有了一个问题：应该如何使潜水艇保持其稳定状态呢？

要使潜水艇在水中能维持稳定，海水密度应随深度的增加而增加。这时若潜水艇稍微上移，有一向下的合力，使它又回到原来的深度；若潜水艇稍微下移，有一向上的合力，也要使它回到原处。海水密度与水温成反比，与含盐量成正比，而后二者都随水深的增加而下降。故在25～200米水深处，潜水艇能找到一些区域（称为温跃区），其水温会随着水的深度的增加而急速下降，从而抵消含盐量的下降，从而提供了保持稳定性的条件，使潜水艇能够在这些区域潜伏不动。

阿基米德原理在航海、航空及其生产建设与日常生活中，都有着广泛的应用。人类很早就能利用浮力了，最初只是无意识地应用它，后来人们有意识地分析、研究自然界中的现象，得出各种理论，反过来又能指导生产出各种产品，服务于人类。比如，从井中打一桶水。当桶还在水中时，好像向上提并不费力，但桶露出水面后，就感到很重。这就是因为浮力作怪。桶在水中除受到向上的拉力和向下的重力作用外，还受到向上的浮力作用，所以人感到一桶水很“轻”；而桶露出水面后，浮力就开始减小，直到最后完全消失。

破冰船正是以类似的方式工作的。当在极地区域航行时，往往会遇到巨大冰块阻止船前进。这时就需有像破冰船一类构造的船才能继续前进。另外，当严冬降临时，北方的港口和海面常常发生冰封，阻塞航道。为了便于船舶出入港口，常需破冰船进行破冰。破冰船凭借着强大的发动机，可使其向上倾斜的船头爬上冰面。船首露出冰面后，把它的整个重量全压在冰上，这样就能毫不费劲地把冰压碎。为了增加船头的重量，在船头还装上专门的水舱，必要时注满水。如果冰层较厚，破冰船往往要后退一段距离，然后再向前猛冲。一次不行，就反复冲，直到把冰层冲破。破冰船就是这样不断前进，在冰上开出一条通道来的。

在波涛汹涌的大海上，每年总会沉没大大小小的船只，它们堵塞航道，对船舶航行造成极大的威胁。另外在一些极有价值的古代沉船上，宝藏极为丰富。因此，打捞沉船成为必要。沉船的打捞方法多种多样，但原理几乎都是利用浮力。象广泛使用的浮筒打捞法，就是把一些浮筒注满水后沉放排列在沉船的两舷，然后将钢绳套在浮筒的桩头上，开动机器，向浮筒中充压缩空气，使浮筒内的水排出，浮筒受到的浮力就可将沉船抬出水面。

同液体有浮力一样，空气也有浮力。气球和飞艇就是利用空气的浮力升入空中的。不过航空上把这种浮力称为升力。

中国很久以前就发明了一种松脂灯，用竹篾和纸糊成灯笼，灯下部放一块燃烧着的松脂。当灯笼内空气被加热后，体积膨胀，跑掉一部分热空气，使灯外的空气对它产生了升力，这样灯笼就可飞上高空，用作军事信号。这也是最原始的热气球。

气球和飞艇的主要组成部分是气囊。气囊内充有密度比空气小的气体，如热气、氢气或氦气。如果气球或飞艇自重加上所载物体的重量小于气囊排开的空气重量，即小于受到的升力，气球或飞艇就会升入空中。由于高空中空气越来越稀薄，密度在减小，所以气球或飞艇所受的升力等于它受到的重力，就不再上升而停在某一高度漂浮。当需要降落时，只需放出气囊中的部分气体就行。

气球和飞艇有着多种用途。气球用于气象和天文观测，进行各种科学试验、转播电视节目和进行通讯等。气球只能随风漂游，不能按照预定的航线飞行，而飞艇上装有发动机，可以控制飞艇的飞行方向和速度，所以它可用来进行空中运输、地质考察和治安防卫等。

在医学上，浮力还有一个特殊的用途--水疗法。如果病人的四肢肌肉或关节有病、受伤，医生可以让他浸在水中，利用身体受到的浮力作用，使病人只要用很小的力，就能使四肢活动，进行治疗。

浮力还有许多用途，如农业生产上用盐水选种及港口气体防浪堤的建造等等。