生活中的初中物理（20）——谁主沉浮说鱼鳔

你见过鱼鳔吗？鱼鳔是一种白色的充满气体的鱼鳔。许多鱼都有鱼鳔。鱼鳔的体积是如何变化的？它的变化对鱼的起伏有什么影响？

一本书介绍了鱼鳔，并提到了它的变化对鱼的起伏的影响。现在它被转录如下:鱼通过肌肉收缩使鱼鳔变得更小或更大。当鱼想漂浮时，肌肉放松，膀胱充满气体，空气比水轻，如果鱼有更多的浮力，它可以漂浮。当鱼将要下沉时，肌肉收缩，鱼鳔中的气体减少，鱼受到的浮力减少，鱼下沉...在鱼鳔的作用下，鱼还可以根据不同温度下的不同压力释放或吸入空气，从而将身体的密度调节到接近周围水的密度，从而保持在水中静止不动的状态。

所以，鱼鳔对鱼来说太重要了。如果没有鱼鳔，鱼就不能生存。但事实并非如此。像鲨鱼、鲶鱼和金枪鱼这样的鱼没有鱼鳔。他们还不开心吗？有时候，它们可以在特定的水域上上下下。

生物学上，在用鱼鳔解剖鱼的过程中，在鱼鳔壁上没有发现能够主动改变其体积的肌肉纤维。

膀胱如何*收缩？

实验表明，鱼的尾鳍在鱼的运动中起着驱动作用。(你可以固定或切断鲫鱼的尾鳍，观察鲫鱼的运动，然后你就会明白了。当然，当鱼吞下嘴里的水，并从两侧鳃盖的缝隙中喷出时，水与它的相互作用也是一种重要的力，使它能在水中快速上升和下降。

尽管如此，鱼的鱼鳔与鱼的沉浮有一定的关系。

鱼类繁衍生息，世代延续，创造了两种生活在不同水域的主要鱼类系统——海鱼和淡水鱼。海鱼生活在海里，而淡水鱼生活在湖里。生活在水中的不同种类的鱼栖息在水层的不同深度，一些生活在浅水中，一些生活在深水中，一些生活在水底。因此，某些鱼类只能生活在一定的范围内，不能在整个水域*活动。这样，所有种类的鱼都形成了它们生活的水层所需要的身体结构。

当带有鱼鳔的鱼生活在原始栖息地水层时，鱼鳔使鱼具有适当的体积，从而使鱼受到适当大小的浮力，浮力等于其重力，两种力平衡。这样，当鱼在原来的栖息地水层时，它不需要消耗能量来平衡它的重量，这有利于其他必要的生存活动。这时，鱼鳔中气体的压力与水对鱼的压力相同。

生活在水中的鱼永远不会停留在原来的栖息地层。由于各种原因和不同的需要，它们会在原来的栖息地层之上或之下游泳。它们主要通过游动膀胱或尾巴来游泳。当鱼在它原来的栖息地稍微下沉时，它在水中的深度会增加。水对鱼的压力会增加，比鱼鳔中的气体压力还大。漂流物中气体的体积将*逐渐减少，鱼的体积也将相应减少。这时，鱼体排出的开水体积变小，它所受到的浮力减小，这小于鱼所受到的重力。这将有助于鱼下沉。随着鱼下沉，鱼在水中的深度变得越来越大，它从水中受到的压力变得越来越大，鱼鳔和鱼体被压缩得越来越小，它受到的浮力变得越来越小，鱼下沉的速度变得越来越快。

当鱼在鱼鳔或鱼尾的作用下向上游动时，水对鱼的压力减小，该压力小于鱼鳔中气体的压力，鱼鳔中的气体从内部提起鱼鳔，从而增加鱼的体积。这时，鱼的浮力增加，这大于鱼的重力，这将有利于鱼的漂浮。鱼在水中上升得越高，它在水中的深度就越低，水对它施加的压力就越低，鱼鳔和鱼体的膨胀就越大，施加在鱼身上的浮力就越大，使得鱼继续上升，长得越来越快。

由此我们可以看出，当所施加的压力增加或减少时，鱼鳔体积的变化不是主动的变化，而是一种强制的变化。

鱼鳔体积的这种变化确实可以在鱼的起伏和游动中节省一些能量。然而，对于那些快速游动的鲨鱼、金枪鱼等鱼类来说，鱼鳔体积的变化已经对鱼体升降和运动的调节造成了一定的障碍，鱼鳔的存在已经成为它们的负担，因此鲨鱼、金枪鱼等鱼类的鱼鳔在进化中已经逐渐退化，现在已经消失。

鱼鳔体积的这种变化有时不会给鱼带来好处，但会伤害它们，因为这种变化会使鱼不得不越来越快地沉入水底，或者使它们越来越快地浮出水面。超过鱼自身适应的特定深度范围的压力变化将导致身体中的一些血管破裂或鱼鳔由于膨胀而破裂。

当一些渔民在深海捕鱼时，他们经常看到一些鱼在中途逃跑，但是他们看到的深水鱼并没有沉回他们生活的深水中，而是迅速浮出水面。当这些鱼浮出水面时，一些鱼的鱼鳔会从嘴里伸出来。因此，专门捕捉深海观赏鱼的专业人员会在将鱼从海洋运送到海面之前用细针刺破鱼鳔，释放出一些气体防止鱼鳔爆炸。如果这项工作做得不好，那么他们捕捞稀有鱼类的努力就会白费。

事实上，人们早就注意到并利用了鱼鳔体积变化与鱼的沉浮之间的关系。

1578年，美国人威廉·伯恩通过观察鱼类总结了潜艇的工作原理。他认为，如果物体的重力保持不变，体积发生变化，从而改变它所受到的浮力，物体就可以*漂浮。美国的穆皮·西蒙斯制造了这样一艘改变了体积的潜艇。然而，在实际操作过程中，人们发现很难通过改变体积来制造潜艇。后来，在设计和制造潜艇时，人们采用了改变重力同时保持体积不变的方法。今天的潜艇，包括核动力潜艇，使用改变潜艇自身重力的方法在水中上升或下降。