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《原来如此》水中潜浮(4月1日)

CCTV节目官网-CCTV-10 原来如此 来源:央视网2018年03月26日 15:25 A-A+

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】
       我们在实验工厂进行了一场实验,将两个乒乓球放入水中,结果都漂浮在水面上。我们又将其中一个乒乓球灌满铁砂,之后,再次将两个球放入水中。空心球依然漂浮在水面上,而铁砂球瞬间沉入水下。
       【原理】
       当一个物体的密度大于水,它就会沉入水中;当一个物体的密度小于水,他就会浮在水上。
       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,就会沉入水底。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一定的,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,随整体的密度也变小,直至小于水的密度,浮上水面
       【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,内层载人仓为耐压球形,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。
       【总结】
       本期节目我们发现,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。

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