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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    浮力的奇跡(中)

                    2018-03-22 23:16:00

                      淹不死人的“死?!?/strong>

                      在巴勒斯坦、約旦和以色列之間,地處南北走向的大裂谷地帶的中段,有一個著名的內陸咸水湖。由于長年氣候酷熱,湖里的水分大量蒸發,因而湖水的含鹽量高達25%~30%,除個別微生物外,沒有任何動植物可以在湖里生存。這個湖被稱為“死?!?。傳說,大約2000年前,羅馬統帥狄杜進攻耶路撒冷,來到死海岸邊,在下令將俘虜投入海中處死時,俘虜們并沒有沉到水里淹死,而是被波浪沖回岸邊。狄杜勃然大怒,下令再次將俘虜投入海中,結果俘虜依舊安然無恙。統帥大驚失色,認為這是天意,于是將他們全部釋放。

                      上文的傳說是否可信,雖然已經無法確認,但人在死海中不會被淹死卻是事實。美國著名作家馬克·吐溫游歷了死海之后,是這樣描繪他和同伴在死海中沐浴的情景的:

                      “這是一次有趣的沐??!我們竟不會沉下去。在這里,我們可以把身體完全伸直,并且把兩手放在胸部,在水面上仰臥,大部分身體仍舊留在水面上。這時候,我們還完全可以把頭抬起來……你能夠很舒服地仰臥著,把兩個膝蓋抬到下顎下面用雙手抱住它們——不過這樣會使你很快就翻一個筋斗,因為頭部太重了。你可以頭頂著海水豎起來,使自己的胸膛中部到腳尖這一段身體露在水面上,不過你不能長久地保持這種姿勢。你不能仰泳得很快,因為你的腳完全露在水面上,只好用腳跟推水。

                      如果你俯著身體游泳,那你就不能前進,反而要后退。馬在死海里既不能游泳,也不能直立,因為它的身體太不穩定了。馬一到水里,只能側著身體躺在水面上……”

                      其實道理很簡單:死海水的含鹽量遠高于一般海水的含鹽量,它的比重達到了1.172~1.227,而人體的比重只有1.021~1.097,因而根據阿基米德定律,死海水產生的浮力大于人體在死海中的體重,必然會把人體“推”上水面。而一般海水與人體的比重大致相等,人在海中如果靜止不動,只有在海水幾乎把整個身子淹沒時,水對人體產生的浮力才和人的體重相等。這時人稍不留神,或心理緊張,就會因嗆水而淹死。

                      因而,死海實際上就是基督教《圣經》中的亞拉巴海,即鹽湖。最近,我國四川省大英縣也發現了一個“死?!薄纬捎?.5億年前的地下鹽湖,人在湖中同樣可以漂浮不沉。

                      氣鰾的啟示

                      剖開魚肚,你可以看見里面有一個白而長,像葫蘆一樣的氣鰾。這是魚在水中的升降機。它要沉下水去時,就將氣鰾縮小,使肚里的空氣體積變小,而身體的比重增加。反之,氣鰾漲大時,身體比重變輕,便可以浮起來。18世紀初,由于當時俄國統治者彼得大帝的野心很大,一直想擴大疆域,四處收購新式武器,于是一個叫尼科諾夫的農民就求見皇帝,獻計說他能造一艘特殊的船,可以偷偷地像魚一樣潛入水向敵艦發動攻擊。尼科諾夫其實就是受到魚鰾的啟示才想到可以造這種水下船的。

                      彼得大帝聽后很高興,并撥??钪С?。3年后,尼科諾夫成功地完成模型制作,并于1724年下水實驗。但由于操作失誤,機件損壞未能達到預定目標。而尼科諾夫此時又突然病逝,彼得大帝不得不放棄這一計劃。

                      1776年7月,北美殖民地人民宣告獨立,成立了美利堅合眾國。英國殖民當局惱羞成怒,調集了3.5萬名士兵,在海軍艦隊的掩護下進攻紐約城。當時鎮守紐約的主將就是后來成為美國開國總統的陸軍司令華盛頓。他手下只有1.8萬名士兵,沒有重炮和軍艦。此時,紐約港已被英國軍艦封鎖得水泄不通,形勢十分嚴峻。

                      這時,一位名叫大衛·布什內爾的美國教員站了出來。他看過當年尼科諾夫研究的全部資料。于是向華盛頓提出建議,并獲準制造一種在水中潛行的船只。由于它外形奇怪,好像是由兩個烏龜殼合起來的,因而被人們稱為“海龜”。實際上,它是一個橢圓形的木桶,外殼由橡木做成,靠人力搖動螺旋槳推進?!昂}敗笨蓾摽筛?,因為在它的艙內設有壓載水柜。只要操縱手動泵,水柜排水,“海龜”就會上??;水柜進水,“海龜”就會下潛?!昂}敗眱鹊目諝饪晒{駛者呼吸30分鐘。如果時間長了,就只能使用通向水面的通氣管了。

                      1776年的一個夏夜,華盛頓下令出擊。攜帶68千克炸藥的“海龜”順利接近英軍軍艦,開始在敵艦船底進行鉆洞作業,但在準備把炸藥掛上去時,突然被對方發現,駕駛員急中生智,引爆了炸藥。英軍不知爆炸聲從何而來,急忙撤退。由此,紐約港的封鎖被打破了。華盛頓譽之為“一次天才的嘗試”。

                      這種用人力螺旋槳推進的“海龜”雖然十分原始,卻構成了潛水艇的雛形。18世紀中葉,人們改用蒸汽機為動力。美國南北戰爭時,南軍曾用一艘由鍋爐改裝的潛水艇,把北軍的一艘重達數千噸的巡洋艦擊沉。

                      1897年,美國造船專家霍蘭,進一步研制了一艘可憑汽油機為動力在水面航行,用蓄電池為動力在水下行駛的潛水艇。它長15.84米、寬3.05米,排水量為70噸。武器裝備為艇艏的一具魚雷發射管,攜帶3枚魚雷,以及艇艏和尾部各一挺機關槍。這艘潛水艇的各種性能已相當完美,被稱為“海上霸主”?;籼m也被公認為世界上第一艘潛水艇的發明者。

                      隨著科技的發展,半個多世紀以后,美國又發明了“鸚鵡螺號”核潛艇。它克服了傳統的潛艇在水下航行一段時間后,必須浮出水面交換空氣、易于暴露自己的根本缺陷,改用核燃料為動力,可以隨心所欲地在水下長期潛航,被稱為“真正的潛水艇”。1958年8月3日夏令時23時15分,美國第一艘核潛艇“鸚鵡螺號”在浮冰下到達地理北極,成為人類歷史上首艘水下潛航到達北極點的船只。就這樣,在阿基米德定律的指引下,經過100多年的努力,潛水艇終于成為一種現代化的水下攻擊利器。

                      先驅者的遭遇

                      早在2000多年前的漢朝,《淮南萬畢術》中就有這樣的記載:“艾火令雞子飛?!币馑际钦f,把雞蛋挖空,在空殼里點火把空氣燒熱,蛋殼就能在大風中飛起來。雖然根據現代科學的計算和實驗,由于空蛋殼體積太小,里面即便充滿了熱空氣,也不足以使蛋殼自行升浮,但是卻直接證明了古人早就注意到了熱空氣比冷空氣輕,從而產生浮力的現象。

                      到了三國時代,諸葛亮用很細的竹篾做成燈籠的骨架,外面糊一層薄紙,只留下面一個小口。再把一個盛滿了松脂的小瓦碟放在燈籠內點燃。燈籠內的空氣加熱之后,燈籠就會慢慢地升到空中。直到松脂燒光了,空氣冷卻后,才慢慢地落下來。諸葛亮字孔明,所以這種燈又叫“孔明燈”。

                      到了五代時期,農民軍中有一個名為莘七娘的女首領,晚上在指揮作戰時,她就把這種“孔明燈”升到空中,作為軍事行動信號。這種“孔明燈”實際上就是熱氣球的雛形。

                      1731年的一天,俄國一個名叫克拉庫特諾的地方法院文書,看到煙囪里冒出的青煙一個勁地向上竄,感到十分好奇,就反復地琢磨其中的道理,并突然產生靈感:如果用一個巨大的口袋,讓它灌滿煙囪里冒出來的熱煙,它一定會飄向天空;如果再在口袋下面裝上一個吊籃,人坐進去,不就可以飛上天空了么?

                      克拉庫特諾是一個敢于實踐的人。他說干就干!嘿!這個試驗品還真的離開地面飛了起來,飛得比樹還高。煞風景的是,由于他不能控制飛行方向,結果撞到了一座鐘樓上,發出了洪亮的鐘聲,自己也摔落在地。鐘聲引來了許多村民。這些村民世代生活在這片貧瘠的土地上,幾乎與世隔絕,十分愚昧落后。在他們心目中,只有上帝和天使能在空中飛行,人是無法做到這一點的,而上帝和天使是不會從天上掉下來的,因而確認此人是魔鬼無疑!

                      至于如何處置這個“魔鬼”,村民們卻意見不一。有人主張燒死他,也有人認為應將他套上絞索……正在克拉庫特諾生死攸關之際,村民中一位略有文化的長者站出來說了公道話,并趁村民們激烈爭論之際,偷偷地將這個“魔鬼”放了。村民們發現后,就將“魔鬼”留下的大口袋——實際上是世界上的第一個熱氣球燒毀了。

                      雖然克拉庫特諾幸免于難,但再也沒有勇氣繼續進行熱氣球的研究和實驗了。俄國一項本可領先于世界的重大發明就這樣壽終正寢了……

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