潜水如何在水中控制平衡（原来如此水中潜浮）

海洋世界神秘莫测，人类探索水下世界的愿望从未停止。人们下潜到水下十几米的海域，可以欣赏珊瑚礁的繁荣生机。我国自主研制的深潜器“蛟龙号”，在马里亚纳海沟创造了下潜到7062米的作业类载人深潜纪录。我们究竟是如何抵抗水下强大压力，并利用浮力的原理在海洋中自由潜浮的呢？

本期节目，我们通过体验潜水，感受浮力，了解密度，探究潜水艇和深潜器如何在海洋中实现下潜和上浮。

密度与浮力的关系（一）

我们进行了一场实验，将两个乒乓球同时放入水中，兵乓球均漂浮在水面上。之后将其中一个乒乓球灌满铁砂，再次将两球放入水中。空心球依然漂浮在水面上，而铁砂球瞬间沉入水下。

原理

当物体的密度大于水，物体便会沉入水中；当密度小于水，则会浮在水面上。

纯净水的密度是每立方厘米1克，空心球能够漂浮在水面上，是因为空心球内部为气体，整体密度小于水的密度。而实心球，密度增加到每立方厘米1.2克，大于水的密度后，它便会沉入水底。

通过实验我们了解到，在体积不变的情况下，由于改变了重量，从而改变了物体的整体密度，就可以调节乒乓球在水中的状态。

潜水艇也是利用了这个原理，通过将自身压载水仓内的水排出、注入，来改变自身的整体密度，达到在水中自由上浮下潜的。

密度与浮力的关系（二）

当潜水员体力不支或无法游动的情况下，通过给背心充气便会缓缓上浮，直至水面。

原理

潜水员在水下的重量是固定的，如果想要通过改变密度实现上浮，就需要在自身重量不变的情况下，增加自身的整体体积。由于背心充气膨胀，改变了整体的体积，整体的密度也变小，直至小于水的密度，浮上水面。

先来说说压力

生活中我们经常吃的核桃有着相当坚固的外壳。如果我们用手握住核桃，无论怎样用力一般都无法将核桃壳压碎，但是换用榔头砸，就可以轻松打碎核桃。因为榔头的力量集中在很小的面积上，那么破碎一个核桃，需要用多大的力呢？

我们都知道圆形是最耐压的，因为它四面八方所受的压力是均匀的。

我们把一个核桃固定在台钳上，通过给它施加压力来测试它究竟能承受多大的压力。实验中台钳显示最大数值是31千克，经过计算要把它换算成牛，那需要乘以9.8，应该是304牛。

由此可见，一个普通核桃在相当于铅笔横截面大小的面积上受到300牛顿左右的压力，就会破碎。这个核桃它所能承受的最大压力是304牛。

海洋中，潜水艇每下潜10米就会增加一个大气压的压强，当潜水艇在水下500米时，其外壳每平方米就要承受大约50个大气压的作用，相当于每平方米的面积上要承受住至少500吨的重量。因此潜水艇的外壳只有越来越坚固，才能下潜得越深。

抵抗水下压力

蛟龙号可以下潜到水下7000米深，在水下每下降10米，就会增加一个大气压的压力，而在7000米深的深海就会承受近700个大气压。

700个大气压有多强呢？1个大气压相当于在1平米上施加10吨的重物，700个气压就相当于在1平米上施加了约7000吨的重物。

原理

蛟龙号之所以可以承受如此大的压力，是因为它分为内外两层结构，内层载人舱为耐压球形，并且使用钛合金建造。外层与内层之间填充绝缘液体保证机器正常运转的同时又与外界压力均衡。

我们来总结一下

潜水艇在体积不变的情况下通过注水、排水的方式调节自身重量，改变整体密度达到上浮下潜的目的。而潜水员在自身重量无法改变的情况下，可以通过给背心充气，增大体积，改变自身整体密度，直到小于水的密度缓缓上浮。深潜器则通过双层结构抵抗住了水下不断增大的压力。

浮力的应用不仅在潜水领域，生活中也随处可见，只要我们掌握好密度与浮力的关系，这一原理的应用无处不在。

原来如此

《水中潜浮》

播出时间：4月1日 15:07

监制 / 闫东 主编 /刘铭 黄丽君

编辑 /田楚韵 小心宝 马宝涓（实习）

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