潜水艇(动画版)
小伙伴们,你们认识这个大家伙吗?这是潜水艇。
它们在水中上浮,下沉,或者悬浮在水中航行。非常厉害。同一个潜水艇,在水中居然由这样多的状态。那么这些状态又是怎样产生的呢?
做一个受力分析就明白了。在水中时,潜水艇只受到两个力的作用,一个是向下的重力,一个时向上的浮力。
当浮力大于重力时,潜水艇就会上浮,当浮力等于重力时,相互抵消。潜水艇就悬浮在水中了。而重力大于浮力时,潜水艇就会下沉。
看到这里,就有小伙伴要问了,虽然知道了潜水艇在水中各种状态产生的原因。但潜水艇又是怎样改变重力与浮力大小的呢?
比如有这样一块石头,扔到水里,立马就沉下去了,这时,比石头还重的轮船却稳稳的浮在水面上,为什么会这样呢?这时因为排水量的不同,排水量越多,浮力就越大。
这块石头的排水量就是它自己的体积,产生的浮力小于重力,自然就沉下去了,而轮船虽然更重,但排水量却很大,产生的浮力大于重力,所以浮在水面上。
潜水艇有有一个能控制自身排水量大小的装置,水箱。水箱能够自由的吸水或者排水。水箱吸水时,排水量减小,潜水艇开始下沉。而水箱开始排水时,排水量变大,潜水艇就上浮了。这就是潜水艇在水中能自由上浮下潜的秘密了。
今天我们就来研究一下潜水艇的秘密吧。
实验中,潜水艇的水箱就是针筒了。一开始针筒内充满空气,排水量大,所以潜水艇会浮在水面上,不会下沉。
而当我们推动推杆,压缩空气,并用钉子拴住针筒后,针筒的排水量变小。放入水中后,就会下沉。
当我们用棉线拔出钉子,排水量再次变大,于是就从水底浮上来了。
接下来,让我们回顾一下潜水艇的发展史。最早提出潜水艇这一概念的据说是大发明家达芬奇,1620年人类历史上第一艘潜水艇准确的说是一艘能潜水的船,由荷兰物理学家科尼利斯德雷尔制造。
是由涂有油脂的牛皮作为密封材料,内部有一个羊皮缝制的气囊作为压载水舱,由人力滑动船桨行驶能潜水3-5米,被看作是现代潜艇的原始雏形。
时间到了美国独立战争时期,美国人戴维特布什内尔研制了一艘名为海龟的潜水艇。他有两根通气管,上浮时打开 下沉时关闭,艇内空气能够让船员呼吸半小时。同时潜水艇下方还设有压载舱 能够控制潜艇上浮下沉。
时间来到了19世纪中叶,德国人威廉鲍尔制成了火焰号潜艇,他采用了脚踏轮作为带动螺旋桨转动的动力源。可惜的是火焰号潜艇示航时,一头载入水底。
1861年美国南北战争时,美国人霍勒斯亨莱和麦克林沃森一起研发了亨莱号潜艇。由手摇曲柄连接浆片作为动力来源,亨莱号 装有压载物和压载水仓来控制潜艇的沉浮,亨莱号在一次进攻中与休斯顿号巡洋舰同归于尽。
时间来到了19世纪末,爱尔兰人约翰霍兰发明了现代潜艇的鼻祖霍兰号潜艇。 他全长14米,排水量19吨 装有以45马力的汽油发动机和电动机组成的双动力系统,还装载能够发射的鱼雷管,是正真意义上的第一艘现代潜艇。