中國科學(xué)技術(shù)館之水中沉浮

◎文圖 中國科學(xué)技術(shù)館 高婷

“一天到晚游泳的魚啊魚不停游……”，這是當(dāng)年紅極一時的歌曲； “海闊憑魚躍，天高任鳥飛”，這是年少氣盛時最愛的詩歌。它們都表達(dá)了對魚兒自由嬉戲的贊美和羨慕。

那么，你是否想過，千姿百態(tài)的魚兒是如何在水中自由沉浮的呢？沉浮現(xiàn)象又與潛水艇有著怎樣的聯(lián)系呢？

中國科技館二層“探索與發(fā)現(xiàn)”A廳的“水中沉浮”展項會幫我們解開這一謎題。只要分別為模型魚和潛水艇排出氣體和水，就會看到魚和潛水艇分別下沉和上浮的現(xiàn)象。由于潛水艇艇身的中部和魚的腹部都是透明的，觀眾可以清楚地看到潛水艇內(nèi)“沉浮箱”中水量的變化和魚體內(nèi)“魚鰾”體積的變化。

通過對比，你會發(fā)現(xiàn)潛水艇的發(fā)明是受到了魚兒的啟發(fā)。魚在水中的沉浮，是通過魚鰾貯存氣體的體積變化來完成的：當(dāng)魚要浮起來時，肌肉放松，魚鰾擴(kuò)大，鰾內(nèi)充滿空氣，魚所受到的浮力變大，魚就能浮起來；如果收縮肌肉，鰾內(nèi)氣體排出，魚鰾變小，浮力減小，魚就下沉。魚鰾內(nèi)一定量的氣體還能使魚體比重與水環(huán)境的比重相等，這樣魚就會停留在那里，不上升也不下降。

人們發(fā)明潛水艇的靈感正是來自魚的沉浮。根據(jù)沉浮原理：浸在水中的物體，當(dāng)浮力大于重力時，物體就能浮在水面上；當(dāng)浮力小于重力時，物體就下沉；當(dāng)浮力等于重力或相差很小時，物體就可以“懸浮”在水中任何位置。

而潛水艇通過兩側(cè)水艙的充水或排水來調(diào)整船體自身的重量而實現(xiàn)下沉或上浮。打開水艙進(jìn)水閥，水灌滿水艙，潛水艇自身重量增加，重力超過浮力時，潛水艇下沉。關(guān)閉水艙進(jìn)水閥，利用壓縮空氣把水艙里的水通過排水閥排出，潛水艇自身重量減輕，重力小于浮力時，潛水艇上浮。讓部分水艙進(jìn)水或排放部分水艙里的水，調(diào)節(jié)潛艇的重量，使重力等于或稍大于浮力，這時，潛艇就能在深淺不同的水域中潛游。

最初的潛水艇并不是利用水艙來控制沉浮的，人們將石頭或鉛塊等重物裝進(jìn)潛艇，使?jié)撏鲁粱蛘呱细　?/p>

現(xiàn)代人用核動力作為推進(jìn)動力制成核潛艇，水中排水量達(dá)到萬噸以上，水下續(xù)航力達(dá)20萬海里，在水中能待上2至3個月。從原始的潛艇到現(xiàn)代的核潛艇都是以沉浮原理作為理論依據(jù)。