潜水艇的奥秘

很久以前，人们设想从茫茫大海的水下攻击敌舰。19世纪30年代，世界上第一艘潜艇被建造出来，由于性能不佳，它不能用于海战。直到20世纪初，装备相对完善的潜艇才出现。在第二次世界大战中，潜艇发挥了巨大的作用。仅他们击沉的船只就达到了4210艘！潜艇可以像鱼一样在水面航行，也可以沉入海洋深处潜伏前进。但是普通的船只能在水上航行。

这是为什么？原来潜艇上有一些叫做“水箱”的船舱。当潜艇需要下沉时，打开阀门允许海水注入水箱，这样潜艇的重量逐渐增加并逐渐下沉。当潜艇需要在一定深度的水中航行时，只需要在水箱中注入适量的海水。如果潜艇需要上浮，机器会向水箱中注入大量压缩空气，排出水箱中的海水，减轻潜艇的重量，潜艇会迅速浮出水面。

这实际上是阿基米德原理的应用。这个原理告诉我们，浸没在液体中的物体受到向上的浮力，该浮力等于该物体排出的液体的重力。因此，水箱中储存的水量是潜艇漂浮、下沉和保持深度的一个重要因素。

潜艇不是普通的战舰，它主要在水下进行战斗活动，并通过隐藏在水下来发挥其攻击能力。除了能够在一定深度的水中航行，它还应该能够潜伏在一定深度的水中，给敌人以突袭。但是当潜艇深处的水密度发生变化时，它就不能保持稳定。虽然潜艇可以通过做一些小的调整来应对这种变化，但是这种调整是不现实的，因为潜艇的一些细微的运动可能被敌人察觉到，所以有一个问题:潜艇应该如何保持稳定状态？

为了保持潜艇在水中的稳定性，海水的密度应该随着深度的增加而增加。这时，如果潜艇稍微向上移动，就会有向下的合力把它带回到原来的深度。如果潜艇稍微向下移动，如果有向上的合力，它必须回到原来的位置。海水密度与水温成反比，与含盐量成正比，随水深的增加而减小。因此，在25 ~ 200米的深度，潜艇可以发现一些区域(称为温跃层区域)，水温会随着水深的增加而迅速下降，从而抵消盐含量的下降，从而为保持稳定提供条件，使潜艇能够潜伏在这些区域。

阿基米德原理已广泛应用于航海、航空、生产、建筑和日常生活中。人类能够利用浮力已经有很长时间了。起初，他们只是无意识地应用它。后来，人们有意识地分析和研究自然界中的现象，并提出了各种理论。反过来，它们可以指导各种产品的生产，为人类服务。例如，从井里泵出一桶水。当水桶还在水里的时候，提起它似乎不需要太大的力气，但是当它从水里出来的时候，它感觉很重。这是因为浮力有问题。除了向上的拉力和向下的重力，桶还受到向上的浮力，所以人们觉得一桶水是“轻的”。当水桶浮出水面后，浮力开始下降，直到最后完全消失。

破冰船以类似的方式工作。当在极地航行时，他们经常会遇到巨大的冰块来阻止船只前进。这时，需要一艘像破冰船一样的船前进。此外，当严冬来临时，北方的港口和海洋经常结冰并堵塞航道。为了方便船只进出港口，破冰船经常被要求破冰。凭借其强大的引擎，破冰船可以让它向上翘起的船首爬到冰上。船头暴露在冰中后，将其全部重量压在冰上，这样冰就可以毫无困难地被压碎。为了增加船首的重量，船首还配备了一个特殊的水箱，必要时可以注满水。如果冰层很厚，破冰船在向前冲之前通常必须后退一段距离。如果你不能做一次，你将不得不反复冲，直到你打破坚冰。这就是破冰船如何继续前进，在冰上开辟一条通道。

在波涛汹涌的大海中，各种大小的船只每年都会沉没。它们堵塞了航道，对船只的航行构成了极大的威胁。此外，在一些珍贵的古代沉船上，宝藏极其丰富。因此，打捞沉船是必要的。打捞沉船的方法有很多种，但其原理几乎都是浮力。像广泛使用的浮标打捞方法一样，将一些浮标注满水，然后放在沉船的两侧，然后将钢丝绳套在浮标的桩头上，开动机器，向浮标内充入压缩空气，将浮标内的水排出，浮标被浮起，将沉船吊出水面。

正如液体有浮力一样，空气也有浮力。气球和飞艇利用空气的浮力升到空中。然而，航空称之为浮力升力。

中国很久以前就发明了松节油灯。竹条和纸被贴在灯笼上。一种燃烧的松节油被放在灯下。当灯笼内部的空气被加热时，它的体积膨胀，一些热空气逸出，导致灯笼外部的空气对它产生升力，这样灯笼就可以在空中飞得很高以接收军事信号。这也是最原始的热气球。

气球和飞艇主要由气囊组成。气囊中充满密度低于空气的气体，如热气、氢气或氦气。如果气球或飞艇的重量加上它携带的物体的重量小于气囊排出的空气的重量，也就是说，小于它承受的升力，气球或飞艇就会升到空中。随着高空中的空气变得越来越稀薄和密集，气球或飞艇施加的升力等于施加在它上面的重力，因此气球或飞艇将停止上升并漂浮在一定的高度。当需要着陆时，只需要释放气囊中的部分气体。

气球和飞艇有许多用途。气球用于气象和天文观测、各种科学实验、广播电视节目和通信。气球只能在风中漂浮，不能按照预定的路线飞行。飞艇装有发动机，可以控制飞艇的方向和速度。因此，它可用于航空运输、地质调查和公共安全防卫。

在医学上，浮力还有另一个特殊的用途——水疗法。如果病人四肢的肌肉或关节生病或受伤，医生可以让他浸在水中，利用身体上的浮力作用，使病人可以移动四肢，用很小的力进行治疗。

浮力有许多用途，如农业生产中的盐水选择和港口气体防波堤的建造。