"番茄酱号"潜水艇潜水原理

文章作者:Lily | 2016-06-02
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看到潜水艇在水中下沉上浮,你是不是觉得很神奇呢?为什么潜水艇可以自由地在水下活动呢?

笔者要考考大家,还记不记得法国科幻小说家儒勒·凡尔纳在《海底两万里》中描述的“鹦鹉螺号”呢?因其潜水能力超强,竟被小说中的人们误认为是某种神秘的海怪。其实,“鹦鹉螺号”潜水艇之所以可以在海下潜行,是因为艇上有特殊的水仓:当水仓打开时,海水涌入,令其下潜;当将水仓中的水排空,潜水艇就能够上浮了。

那么读者朋友们知道这艘潜水艇为什么叫“鹦鹉螺号”吗?那是因为它的潜水本领都是从海洋动物鹦鹉螺那里“学”来的。既然这样,我们能不能学习这种本领,来自己制作潜水艇呢?当然可以!今天,我们就来做一艘属于你自己的“番茄酱号”潜水艇吧!

实验步骤

准备潜水艇

找来一些小包装的番茄酱,准备一碗水,将番茄酱投入水中,看一看哪一包番茄酱能漂在水面上。那些能漂起来的番茄酱包,就可以拿来做我们的潜水艇了。那些沉下去的番茄酱呢?下次吃薯条的时候就干掉它……

准备大海

潜水艇当然要在大风大浪中潜行才够精彩!为此,我们可以找来大号的可乐瓶,将包装纸去掉,注入多半瓶清水,这就是我们的“大海”了。如果想让大海显得更加逼真些,你还可以在瓶内加入一些蓝色的钢笔墨水或食用色素,让瓶内的“大海”呈现出碧海狂涛的效果。

潜水艇入水

把刚才挑选好的番茄酱包纵向折叠一下,投入我们刚刚做好的“大海”之中。“潜水艇入水”的最佳状态是一半在水下,一半在水上。这时,我们需要继续向瓶内加水,一直加满,盖好盖,好了,所有的准备工作已经就绪,现在就等“船长“发令,我们的潜水艇就可以下潜了。谁是“船长”?就是你!

下潜上浮

这下,这艘“番茄酱号”潜水艇已经听你指挥了,你可以任意命令它下潜或者上浮。怎样下命令呢?如果你想让潜水艇下潜,那么就用手捏捏可乐瓶,潜水艇就会“听命”沉下去;当你想让潜水艇上浮的时候,你只需将捏瓶子的力量减小,使可乐瓶恢复原状,潜水艇就浮上来了。

科学原理

身为一船之长的你,是否了解使自己潜水艇下潜上浮的秘密呢?

物体能够漂在水面之上,得益于自身的密度比水小。物体的密度是由质量和体积共同决定的,当质量不变时,体积越小密度就越大,就越容易沉入水中;反之,体积越大,密度就越小,就越容易浮出水面。同样是一块铁,展成片,弯成船,就能跨大海、越大洋,但若是一个大铁块或者大铁球,那它就别想漂在水面上了。

第一位研究浮力的人是古希腊的阿基米德,他在洗澡的时候发现,自己将满满一浴盆的水挤出了很多,由此,他联想到,这挤出去的水的体积,应该和自己浸入水的体积相同,由此他发现了浮力的秘密。所以,要想增加自己的浮力,想办法增加自己的体积是一种办法。所以,你现在明白救生圈为什么要充气了吧!

在小包番茄酱内,也密封着一些气体,当我们挤压水瓶的时候,瓶内的水压会增加,番茄酱包内的气体体积会被压缩变小,这带来的结果就是,番茄酱包整体的体积减少,浮力降低,开始下沉。而当你松开手的时候,瓶内的水压减小,恢复到之前的状态,番茄包内的空气体积开始变大,整个番茄酱包的体积都增加了,浮力也随之增加,此时,你看到的现象就是潜水艇上浮了。

                                                                                可乐瓶  碗

游戏拓展

那么,“鹦鹉螺号”潜水艇和你的“番茄酱号”潜水艇的潜水原理一样吗?你能用刚刚学到的知识进行解释吗?如果用热水做实验,你的潜水艇会怎样?如果用盐水做呢?你能解释可能看到的现象吗?

知识链接

鹦鹉螺的潜水本领

鹦鹉螺为海洋软体动物,现存于印度洋和太平洋海区,壳的表面呈白色或者乳白色。整个螺旋形外壳光滑如圆盘状,样子神似鹦鹉嘴,故此得名“鹦鹉螺”。鹦鹉螺在地球上经历了数亿年的演变,但其外形、习性等变化却很小,有海洋中的“活化石”之称,其在研究生物进化和古生物学等方面有很高的价值。

鹦鹉螺的壳被多个横断的隔板分隔成三十多个独立的壳室,除动物体所在的最后一个大壳室外,其余壳室都充满了气体(多为氮气)。当动物体不断成长,壳室也周期性向外侧推进,在外套膜后方则分泌碳酸钙与有机物质,建构起一个崭新的隔板。而各壳室之间有一个贯穿的细管,用以输送气体到各壳室之中,通过气体的调节,鹦鹉螺就可以操纵身体的浮沉与移行。在现代仿生科学上,鹦鹉螺的名号也占有一席之地,1954年世界第一艘核潜水艇“鹦鹉螺号”诞生,许多国家的潜水艇也以“鹦鹉螺”命名。

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