摘 要 由于惡劣的氣候和洶涌的波浪以及落后的航海技術(shù)導(dǎo)致大量的船只沉沒(méi)入大海中,裝載著各種貨物及貴重物品,有的具有很高的歷史價(jià)值,但是要將這些船只打撈上來(lái)比登天還難。本文試分析打撈海中沉船的困難原因,讓大家明白深?yuàn)W的物理現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的淺顯的物理道理,解開(kāi)自然界的神秘面紗,從而找到學(xué)習(xí)物理的快樂(lè),提高學(xué)習(xí)的興趣。
關(guān)鍵詞 海中打撈;沉船;物理;奧秘
人類(lèi)的航海已經(jīng)有一千年的歷史了,由于惡劣的氣候和洶涌的波浪以及落后的航海技術(shù)導(dǎo)致大量的船只沉沒(méi)入大海中。這些船只有的裝有金銀珠寶,有的裝有陶瓷和一些珍貴的藝術(shù)品,有很高的考古價(jià)值。有的是一些近現(xiàn)代各種有名的戰(zhàn)役被擊沉的戰(zhàn)艦,他們有很高的歷史價(jià)值。正是由于這個(gè)原因,所以我們要將這些船只打撈上來(lái),以便研究和紀(jì)念。
但我們要將這些船只打撈上來(lái)談何容易,簡(jiǎn)直比登天還難。這是為什么呢?現(xiàn)在我就用初中物理液體的壓強(qiáng)和浮力的知識(shí)來(lái)解釋這個(gè)原因。我們都知道液體內(nèi)部由于受到重力作用并具有流動(dòng)性而導(dǎo)致液體內(nèi)部有壓強(qiáng)。并且液體壓強(qiáng)的大小與深度有關(guān),深度越深液體的壓強(qiáng)越大。一般沉船的深度都有都有幾百米甚至幾千米深,此時(shí)海水的壓強(qiáng)非常大,一般潛水員很難達(dá)到這個(gè)深度,潛水員如果拿著鋼絲繩下去固定船只就會(huì)被還水壓扁而死亡。以一百米的沉船為例:由液體壓強(qiáng)的公式p=ρgh=1000kg/m3×10n/kg×100m=100000pa相當(dāng)于每平方厘米的面積上承擔(dān)10kg的重物。而人的胸部的面積大約為半平方米,相當(dāng)于五噸重的汽車(chē)壓在人身上。沒(méi)有特殊的裝備你受的了嗎?而一般沉船的深度度都在幾千米深,相當(dāng)于幾十上百輛汽車(chē)壓在人身上。即使一些特殊的裝備也很難到達(dá)。這是打撈沉船難的第一個(gè)原因。
打撈沉船難的第二個(gè)原因是將船只拉上來(lái)的力非常巨大,是船只本身重力的幾十倍甚至上百倍,這是為什么呢?這得從浮力產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)談起。一個(gè)物體浸沒(méi)在液體中受到四面八方對(duì)它的壓強(qiáng),而前后左右四方面受到的壓強(qiáng)彼此對(duì)稱,相互抵消,合壓力為零。但是上下倆個(gè)表面的倆個(gè)壓強(qiáng)不相等,下表面的壓強(qiáng)大,壓力大。上表面的壓強(qiáng)小壓力小,從而導(dǎo)致物體的上下表面存在壓力差,這就是物體在液體中受到的浮力。由于物體下表面受到的壓力大,所以壓力的方向總是豎直向上的。所以一般物體放在液體中都會(huì)受到向上的浮力,表面上看好像浸在液體中的物體將它吊起來(lái)更容易,打撈沉船并不難,因?yàn)樗鼈兪艿较蛏系母×Α5珜?shí)際上船只沉沒(méi)后由于重力作用而加速下降,同時(shí)海底由于各種有機(jī)物腐爛而形成很厚的淤泥,加速下降的船只會(huì)深深地陷入爛泥中。此時(shí)沉船的上表面受到很大的液體壓強(qiáng),又由于船只的上表面面積很大,從而受到非常巨大的向下的壓力。但船只的下表面由于深深地陷在淤泥中,下表面與固體接觸,沒(méi)有與液體接觸,所以沒(méi)有向上的液體壓強(qiáng),沒(méi)有對(duì)船只向上的壓力,也就是沒(méi)有向上的浮力。正是由于這個(gè)原因,沉船在海底不但是沒(méi)有受到浮力,反而受到海水對(duì)它上表面非常巨大的壓力。打撈沉船就顯得尤其困難,甚至不可能去完成?,F(xiàn)在我們舉一個(gè)例子來(lái)加以說(shuō)明:以一個(gè)五十噸的沉船為例,假如它沉沒(méi)處的海底深度為200米,船只的上表面面積為100平方米,現(xiàn)在把船當(dāng)成長(zhǎng)方體模型來(lái)看,則根據(jù)初中物理公式F=PS=ρghs=1000kg/m3×10N/kg×200m×100m2=200000000N.相當(dāng)于2萬(wàn)噸物體的重量,這么重的物體要將它吊起來(lái)談何容易。我們知道一艘航母的排水量也只有幾萬(wàn)噸,這相當(dāng)于將一艘航母吊起。如果是一些比較大的船只并且海底的深度很深的話,那要吊起它們簡(jiǎn)直不可能。因?yàn)橐跗疬@些沉船所需要的海上平臺(tái)應(yīng)有幾個(gè)航母那么大,并且那些年代久遠(yuǎn)的船只也很難承受鋼絲繩這么大的拉力作用,用力一拉可能船只就會(huì)斷裂而解體,無(wú)功而返。
2000年俄羅斯“庫(kù)爾斯克”號(hào)戰(zhàn)略核潛艇在巴倫支海底沉沒(méi),當(dāng)時(shí)核潛艇上有130多名海軍人員,俄羅斯作為全世界科學(xué)技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家,動(dòng)用全國(guó)所有的科技人員來(lái)進(jìn)行打撈工作,當(dāng)時(shí)核潛艇沉沒(méi)的海底深度也只不過(guò)200多米,并不算很深。但由于我上面所講的原因,打撈它太難,最終無(wú)功而返,核潛艇上的所有人員全部遇難,令人痛心疾首。
我們周?chē)鸁o(wú)處不存在物理知識(shí)和現(xiàn)象,物理是一門(mén)非常實(shí)用的科學(xué)技術(shù),但我們只有明白事物產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)才能學(xué)以致用,才能明白深?yuàn)W的物理現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的淺顯的物理道理,才能解開(kāi)自然界的神秘面紗,從而找到學(xué)習(xí)物理的快樂(lè),提高學(xué)習(xí)的興趣。