为什么潜水艇能潜到水下呢?(潜水艇的工作原理)

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为什么潜水艇能潜到水下呢?

一般情况下,潜艇是在水面航行的,但在需要的时候也会潜入水中。这样做通常是由于军事需要,比如为了攻击敌人而不被发现,或者为了秘密地和友军进行联络!若想让潜水艇潜入水下,只需将海水注入专门的隔舱中(液体的流入可以增加潜水艇的重量),就可以下潜了。如果想再浮出水面,只需要充入专用气瓶中储存的压缩空气,让海水从小隔舱中流出即可。

首先是具有强大的自给能力,能够在长时间潜航在深海中,远离基地,航行到很远的地方。

潜水艇具有非常好的隐蔽性,在战时可以悄悄的绕到敌人后方发动突然攻击,具有强大的威慑力。

海面上的狂风大浪,海面下则不会有这样的情况,所以潜水艇相对于其它水面船只要安全一些。

但由于要深入到深海中,所以潜水艇的通讯较困难,并且还不具有在陆地上那样的观察距离。

潜水艇的制造对技术,工艺和材料的要求非常的高,并且配套设备多样,所以世界上能够自行研发和制造潜艇的国家并不多。

潜水艇的工作原理

潜水艇能够自如的在水中上升和下沉,那么它的工作原理是怎样的呢?

为什么潜水艇能潜到水下呢?(潜水艇的工作原理)插图

地球上任何物体都会受到地心引力的作用,而在水中还会受到浮力的作用,所以潜水艇在水中会同时受到两个力的作用(重力和浮力),重力向下,浮力向上。

潜水艇能自由沉浮原理是阿基米德定律,即浮力定律。改变潜水艇自身密度(重力),当压力舱中无水,潜水艇密度小于水的密度(潜水艇重力小于浮力)潜水艇上浮直至漂浮;当压力舱中排入水,潜水艇密度大于水的密度(潜水艇重力大于浮力)潜水艇下沉。

简单的说:物体都有自己的密度,密度不同的物体在水中就会呈现出不同的状态,

当物体的密度大于水的时候,则就会重力大于浮力,物体就会下沉;

而当物体密度小于水的密度时,浮力就会大于重力,物体则会上浮;

当物体的密度与水的密度相同,那么物体就会悬浮在水中。

而要想让一个密度小于水的物体下沉,就只有增加物体的单位密度,所以说在物体体积不变的情况下,通过改变物体密度,就能改变其在水中的状态。

潜水艇就是利用了这一原理,在其内部设计了多个储水仓,用来调节上升和下潜,而要保持潜艇的平衡,也是通过调节不同储水仓内水的多少来实现平衡的。

为什么潜水艇能潜到水下呢?(潜水艇的工作原理)插图(1)

而在水中的鱼类也同样是利用这一方法,鱼利用体内的鱼泡,通过往里面充气和放气来实现上浮和下潜的。

潜水艇除了使用储水仓来实现上升和下潜外,还会使用升降舵,通过改变升降舵的角度并配合推进器,就能改变潜艇的深度,所以潜水艇的上浮和下潜通常都是由储水仓与升降舵配合完成。

进入静止气体或液体的物体受到浮力,往空的压载水舱里注水,潜艇就变重了,这时潜艇的重量就会大于它排开水的重量(即大于浮力),潜艇就逐渐下潜。反之,潜艇就会浮出水面。

潜水艇可以无限下沉吗?潜水艇潜水最深多少米

理论上,潜水艇是可以无限下沉的,但是目前由于技术和制造材料成本的限制,各国的常规动力潜艇潜深一般在15-500米之间,而核潜艇因为有战略意义,所以一般潜深在200-600米之间。但俄罗斯的鲨鱼III级、美国的海狼级则有800米的潜深。现在世界上最浅的潜艇是台湾地区的”海虎”,不到15米。网传中国普通的常规动力潜艇一般就是250-350米的潜深,有部分双壳体核潜艇可以潜到650米的深度。日本的苍龙级潜艇标准潜深约为500米,不过据说这种潜艇也可以潜到七八百米的深海。

为什么潜水艇能潜到水下呢?(潜水艇的工作原理)插图(2)

任何物体只要在水中就要承受四周水的巨大压力,潜艇也是一样的,潜的越深受到的压力就会越大。

为什么潜水艇能潜到水下呢?(潜水艇的工作原理)插图(3)

潜艇每下潜10米,就会随之增加一个大气压的压强,而当潜艇在水下500米时,其外壳每平方米就要承受大约50个大气压的压强,就相当于每平方米的面积上要承受超过500吨的重量。

因此潜艇要想潜得更深,就需要外壳更加坚固,现在很多潜艇外壳都采用坚固的钛合金材料,这让潜水艇的承受压强的能量变得更高。

同时,将潜水艇设计成水滴型结构,能够达到分散外壳受到的压强,从而减小潜艇外壳单位面积上所受到的压强,并且这样的设计还能减小航行时的阻力。

知识链接:阿基米德原理

阿基米德原理指出,浸入静止流体中的物体受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量,方向竖直向上并通过所排开流体的形心。当物体的重量大于浮力时它就会下沉;小于浮力时就会上浮;等于浮力时就会悬停在液体中,这两个力大小相等,但方向正好相反(重力垂直向下,浮力垂直向上)。

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