潜水艇与鱼、飞艇与热气球原理的区别  

2012-06-17 16:50:05|  分类： 科研 |字号 订阅

     潜水艇与鱼、飞艇与热气球的原理都是利用了物体的浮沉条件，但具体对浮沉条件的利用是有很大区别的。

     潜水艇与鱼

       鱼能够在水中随心所欲地游动，潜水艇能潜入水下自由航行，象鱼一样下沉、上浮和悬浮。它们的原理是否一样呢?

       首先，我们来了解一下鱼的体内结构。它的体内背部生有一白色的气囊.叫做“鳔”。鱼在水中实现浮沉“鳔”起了重要作用，鳔的形状象个葫芦，中部特别细的部分有一条很细的气管直通咽喉，这条气管只用来排气，给气囊充气的气体却是从鳔壁的血管分泌出来的，鱼就是通过鳔改变自身体积来调节所受的浮力。当鱼受到的浮力大于其重力时，鱼在水中就可以上浮；当浮力等于重力时，就可以悬浮；当浮力小于重力时，鱼就可以在水中下沉。但是，鳔收缩的能力是有限的，所以鱼不能下沉到特别深的海底.。由此可见，鱼在水中的升降主要改变的是浮力大小。

       潜水艇是由金属等钢性材料制造的，不可能象鱼一样通过气囊来改变艇身体积大小实现浮沉。那么它靠什么呢？由F浮=ρ水gV排可知，潜水艇在水下时V排=V艇，可见，F浮是一个恒量，由物体的浮沉条件：当G物＞F浮时，物体下沉；当G物=F浮时，物体悬浮；当G物＜F浮时上浮。可知，潜水艇在水中实现浮沉只能靠改变自身重量来实现。那么，潜水艇是如何改变自身重量的呢？这得从它的结构去分析，潜水艇的两侧有水舱，当水舱中充水时，潜水艇的自身重量便会逐渐加重，如果要减轻自身重量，则需利用压缩空气将水舱中的水压出。因此，潜水艇在水中上升和下降主要改变的是自身重力的大小。

       飞艇与热气球

       飞艇的工作原理是根据气体的体积来改变大气对它所受的浮力，由F浮=ρgV排，可知，由于ρ与g是定值，根据V排气体体积大小来升降。当充装氦气（密度小于空气）时飞艇体积变大，浮力变大，大于重力时，飞艇便上升；如果的下降，则需从飞艇中放出部分氦气，减小浮力，当浮力小于重力时便下降。即飞艇改变的主要是浮力大小。

        热气球飞行是根据热空气密度比冷空气密度小，相同体积热空气比冷空气轻而产生浮力的原理。上升时，把球囊内的空气加热，空气排出使其变轻，重力小于浮力就可以使气球载重升空；要下降时，则停止加热，冷空气又进入球囊，气球的重力增加，重力大于浮力时便下降。用开燃烧开关的间隔时间长短，调整球囊温度（气体密度）来控制热气球的上升和下降。即热气球改变的是重力的大小。（武汉市第三十六中学  梁大悦）