第049 期

为什么潜艇会上下浮?

Why can submarines dive and surface?

控制身体密度

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控制身体密度

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主题引入

轮船喜欢待在水面,潜艇却能像一条巨大的钢铁鱼,先慢慢潜进深海,再悄悄浮回水面。它没有脚蹼,也不是靠发动机把自己硬拽下去或拉上来。它到底藏了什么“水下升降机”?

常见误解

很多人以为潜艇下潜,是因为发动机把它往下压;上浮,是因为螺旋桨把它往上拉。其实发动机和螺旋桨主要帮助潜艇前进、转弯,控制上下浮沉的关键装备叫“压载舱”。 压载舱是潜艇两侧或底部的大舱室,里面可以装水,也可以装空气。潜艇不是一直改变外壳大小,而是在改变自己有多重、平均密度有多大。

核心原理

潜艇想下潜时,会打开阀门让海水进入压载舱。水进来后,潜艇变重了;它受到的浮力没有增加那么多,于是重力比浮力大,潜艇就会往下沉。 潜艇想上浮时,会把高压空气送进压载舱,把里面的水挤出去。水少、空气多,潜艇变轻;这时浮力比重力大,潜艇就会往上浮。 如果潜艇想停在某个深度,就会细细调整舱里的水和空气,让浮力和重力刚好一样大。这样它既不会继续下沉,也不会继续上浮,像在水里找到了一层看不见的楼板。 潜艇还会用小一些的调节舱和水翼做更精细的控制。就像游泳时你稍微改变身体姿势,就能往上或往下滑一点;潜艇也要一边前进,一边不断微调。

生活应用

把一个空塑料瓶按进水里时,手一松,它会弹回水面,因为里面的空气让它比较轻。要是往瓶子里灌满水,它就会沉得更低。潜艇的压载舱做的事情很像这个,只是它更大、更结实,还能自己控制进水和排水。 潜艇可以潜到水下执行科学考察、海底测绘、救援和巡逻等任务。不同用途的潜艇能到达的深度不一样,深海水压非常大,所以它的外壳要特别坚固。

延伸知识

鱼也有类似的小本领。许多硬骨鱼有鱼鳔,里面装着气体;调节鱼鳔里的气体多少,就能帮助自己更省力地上浮、下沉或停在水中。 潜艇紧急上浮时,会更快地用高压空气把压载舱的水赶出去。不过这种操作需要非常谨慎,因为太快上浮会让潜艇和里面的人都面对更大的变化。

一句话总结

潜艇靠压载舱调节水和空气:灌水变重就下潜,排水变轻就上浮,浮力和重力一样大就能停在水中。