揭開(kāi)潛水艇的神秘面紗

盧羿舟

研究背景

自古以來(lái)，生活在陸地上的人類(lèi)就被浩瀚而又神秘的海洋深深吸引著，堅(jiān)持不懈地探索其中的奧秘。從第一艘獨(dú)木舟到三桅帆船，從蒸汽輪船到核動(dòng)力航母，科技的不斷進(jìn)步讓人類(lèi)不再滿足于航行于大洋之上。為了實(shí)現(xiàn)探索深海的夢(mèng)想，人們發(fā)明了潛水艇。我國(guó)也研制了自己的載人深潛器“蛟龍?zhí)枴薄吧詈Ｓ率刻?hào)”“奮斗者號(hào)”等，不斷刷新下潛深度紀(jì)錄。

雖然難以實(shí)地看到“蛟龍?zhí)枴保俏以诰W(wǎng)上搜尋到了可以參觀潛艇的地方。暑假，我和爸媽策劃了一場(chǎng)潛艇系列旅行——參觀泰州海軍艦艇文化園和天津航母主題公園。在那兒，我進(jìn)入了一艘艘海軍退役潛艇內(nèi)部一探究竟，密閉的艇艙內(nèi)布滿了精密的儀器和管道，令我大為震撼，也勾起了我的好奇心：和水面艦艇一樣，潛水艇內(nèi)部是中空的，所以也可以浮在水面上，但不同的是，潛水艇是能夠自由地在水中下潛和上浮的，這究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么特殊性呢？

前期調(diào)查

我決定好好研究一下潛水艇的工作原理。在收集和總結(jié)有關(guān)潛水艇原理的資料后，我發(fā)現(xiàn)潛水艇是靠改變自身的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)下潛和上浮的。

潛水艇的內(nèi)部有多個(gè)壓縮空氣罐和壓載水艙，需要下潛時(shí)，壓載水艙中的空氣會(huì)被抽出并存放在壓縮空氣罐中，此時(shí)外部的海水會(huì)被吸入壓載水艙，潛水艇的重力增加并開(kāi)始下潛；當(dāng)潛水艇需要上浮時(shí)，壓縮空氣罐中的空氣會(huì)被釋放到壓載水艙中，從而把海水排出艙外，于是潛水艇的重力減小并開(kāi)始上浮。

實(shí)驗(yàn)制作

潛水艇的原理竟然這么簡(jiǎn)單！按捺不住激動(dòng)心情的我立即著手制訂實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備動(dòng)手制作一艘簡(jiǎn)易的潛水艇模型，用來(lái)直觀地展示潛水艇的下潛和上浮。

實(shí)驗(yàn)材料主要有：1個(gè)透明的塑料瓶，作為潛水艇的艇身；1個(gè)注射器，作為空氣壓縮罐；1根輸液管，作為通氣管道；1個(gè)夾子，作為閥門(mén)；1個(gè)體積較大的水容器。我還把家里的魚(yú)缸和小烏龜拉過(guò)來(lái)友情客串，魚(yú)缸就是大海，小烏龜就是潛水艇要探索的海底巨獸。

材料備妥，實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始了。

第一步，把輸液管的一端和塑料瓶連接到一起，用剪刀在塑料瓶底部開(kāi)一個(gè)進(jìn)/出水口；第二步，將輸液管的另一端連接到注射器上，確保注射器可以從塑料瓶?jī)?nèi)抽取空氣；第三步，用夾子控制輸液管，每當(dāng)注射器抽滿空氣，就用夾子夾緊輸液管，把注射器中的空氣排掉后再繼續(xù)抽氣。

我興奮地把我的作品放到魚(yú)缸中，只見(jiàn)它穩(wěn)穩(wěn)地浮在“海面”上。“開(kāi)始下潛！”身為“艇長(zhǎng)”的我一邊下達(dá)著命令，一邊用力地抽拉注射器。“海水”果然如我所想那般從進(jìn)水口涌了進(jìn)來(lái)，并逐漸地填滿了艇身。可是，我卻遇到了一個(gè)問(wèn)題：“潛水艇”只是微微下沉，并沒(méi)有下潛到“海底”。問(wèn)題出在哪兒呢？

我回顧著潛水艇的原理，既然它是靠吸入海水增加自身的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)下潛的，有沒(méi)有可能是塑料瓶太輕了呢？于是，我找來(lái)一個(gè)小掛件安裝到塑料瓶底部來(lái)增加艇身的重力，果然，“潛水艇”順利下潛了！

反思改進(jìn)

這個(gè)下潛過(guò)程實(shí)在太累了，我反復(fù)抽、夾、排了五六次注射器，才讓瓶?jī)?nèi)注滿“海水”，一想到接下來(lái)的上浮還要重復(fù)相反的操作、向瓶中注入五六次空氣，我就頭大！有沒(méi)有更簡(jiǎn)單、有效的辦法？

在剛才的下潛實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)想讓“潛水艇”浮在“海面”上，不必讓其中充滿空氣。如果在充滿水的塑料瓶中制造一個(gè)小空間，使這個(gè)空間的容量和注射器相同，當(dāng)我抽氣時(shí)，這個(gè)空間充滿水；當(dāng)我注入空氣時(shí)，這個(gè)空間的水排出，不也一樣可以實(shí)現(xiàn)下潛和上浮嗎？我思考了很久，什么是生活中常見(jiàn)的又可以隨意改變體積的空氣容器呢？

氣球！靈光一閃，我決定用這種物美價(jià)廉又容易得到的空氣容器來(lái)改進(jìn)我的“潛水艇”。我找來(lái)一個(gè)小氣球，把它牢牢地套在瓶?jī)?nèi)的輸液管上。當(dāng)我用注射器抽出氣球中的空氣后，氣球立即變得干癟，“海水”頓時(shí)涌入填補(bǔ)氣球占據(jù)的空間，“潛水艇”隨之輕松下潛；當(dāng)我把注射器中的空氣再充回氣球后，氣球快速膨脹并排出之前涌入的“海水”，“潛水艇”也隨之輕松上浮！

相較于之前的反復(fù)抽取和注入空氣，現(xiàn)在我只需要抽拉一次注射器就可以實(shí)現(xiàn)“潛水艇”的下潛和上浮了。看到“潛水艇”靈活地在“海底”和“海面”往返，小烏龜也開(kāi)心地和它比起賽來(lái)。

在好奇心的驅(qū)動(dòng)下，我設(shè)計(jì)完成了這次實(shí)驗(yàn)，親手制作了簡(jiǎn)易又可控的浮沉物，對(duì)物體的浮沉條件有了深刻的理解。最令我興奮的是，我還從生活中找到了可以改進(jìn)浮沉效率的低成本材料。這個(gè)研究過(guò)程讓我充分體會(huì)到，在生活中細(xì)心觀察、大膽設(shè)想、積極探索是多么重要！作為新時(shí)代的少年，我們要多多鍛煉這種能力，養(yǎng)成良好的科學(xué)探究習(xí)慣。也許有一天，你我也可以實(shí)現(xiàn)“上九天攬?jiān)拢挛逖笞谨M”的愿望！