徐小龍

無論是萬米級載人潛水器還是潛艇、游輪、軍艦，只要是在水里航行的大型機械裝備，它們都有一個原理相同的動力裝備——螺旋槳推進器。那“螺旋槳”和海螺有什么神秘聯(lián)系呢？單從文字看，螺旋槳里有一個“螺”字，奧秘是否就藏在這個字里面呢？它們和宇宙之間又有什么關(guān)系呢？

無論是萬米級的載人潛水器“奮斗者”號，還是我國第一艘載人潛水器“蛟龍”號，它們能夠在深海里自由遨游，依賴的就是身上的多個螺旋槳推進器。

以“蛟龍”號為例，它一共裝有7個螺旋槳推進器。這些螺旋槳推進器就像魚鰭一樣，幫助潛水器靈活地前進、后退、上浮、下沉、左右側(cè)傾和轉(zhuǎn)向——潛水器頂部的推進器，就像魚的背鰭，幫助潛水器轉(zhuǎn)向;左右兩側(cè)各一個，就像魚的胸鰭或腹鰭，幫助潛水器上浮、下沉或側(cè)傾;尾部有四個，就像魚的尾鰭，幫助潛水器前進和后退。

相較于“蛟龍”號來講，“奮斗者”號螺旋槳推進器的位置則更為隱蔽——幾乎是鑲嵌在潛水器外殼浮力材料的凹槽通道里。這樣的設計一是讓潛水器的外觀更加美觀，凸顯流線型;二是起到了很好的保護作用，避免外力磕碰造成螺旋槳損壞。

輪船的輪子去哪兒了？

潛艇和輪船不像潛水器那樣需要完成很多精細動作，所以它們大多只在尾部裝有一個或兩個巨大的螺旋槳推進器。

同學們可能要問了：輪船為什么不是依靠輪子前進，而是依靠螺旋槳呢？其實呀，一百多年前的輪船確實是有輪子的，螺旋槳的發(fā)明，源于一次“意外”。

當時的輪船上裝著巨大的輪子，就像我國古代農(nóng)田中用于灌溉的水車，起到劃水的作用，稱為明輪。有的明輪安裝在左右船舷旁，叫船側(cè)明輪;有的安裝在船尾，叫船尾明輪。它們在蒸汽機的帶動下轉(zhuǎn)動，推動輪船前進或者后退。

但是這種明輪船有很大的局限性，稍微遭遇一點兒風浪，船身就會嚴重地左右搖晃，輪子也很容易被損壞，戰(zhàn)艦上的明輪更是敵人重點攻擊的目標。

聰明的工程師們想起了阿基米德，就是那位“給我一個支點，我能撬起地球”的古希臘數(shù)學家、物理學家。阿基米德為了幫助尼羅河邊的農(nóng)民從地勢低洼的河里引水去灌溉地勢較高的農(nóng)田，發(fā)明了一種螺旋水泵，搖動手柄將其轉(zhuǎn)動后，便可將低處的尼羅河水抽到高處的農(nóng)田里，后人將這個裝置稱為阿基米德螺旋水泵。

工程師們根據(jù)物理學家牛頓的反作用力原理，也就是“你往后蹬腳，才能往前跑”的原理，大膽猜想：如果把阿基米德螺旋水泵安裝到輪船底，水對水泵的反作用力會推動輪船前進。

現(xiàn)在看來，這個猜想是很有道理的。

但實際操作時，工程師們卻費盡了周折。工程師們將長長的阿基米德螺旋水泵安裝到了輪船底，但效果并沒有想象的那么好，輪船似乎沒有增加太多動力。

直到有一天發(fā)生了“意外”。長長的水泵撞擊到了海底的礁石，折斷了，只剩下很短的一段。正當工程師感到絕望的時候，奇跡發(fā)生了——船速一下子快了起來，短小的水泵產(chǎn)生了更大的推動力！

就這樣，變短的阿基米德螺旋水泵取代了輪船的明輪，化身為螺旋槳，成為船舶發(fā)展史上劃時代的動力工具，但“輪船”這個名字卻一直沿用了下來。

海螺也有“螺旋槳”？

通過牛頓的反作用力原理我們知道，輪船前進的動力來自螺旋槳對水向后的推力。海螺要想獲得前進的動力，也要有螺旋槳的后推力才行?？珊Ｂ莸摹奥菪龢痹谀睦锬?？

上下前后左右找了一遍，也就海螺的大螺殼有點兒“螺旋”的意思，其他身體部位都不像螺旋槳。但是螺殼又不會自轉(zhuǎn)，怎么產(chǎn)生推力呢？

螺殼雖然不會自轉(zhuǎn)，但海水是流動的。當流動的海水沿著旋轉(zhuǎn)的螺殼流過時，奇特的物理現(xiàn)象發(fā)生了：螺殼會自動向前行走！特別是芋螺、竹筍螺、大法螺這種圓錐形的海螺殼。

這是因為當水流沿著螺殼的螺紋從“錐底”旋轉(zhuǎn)著流向“錐尖”時，速度減慢，“錐底”的水流靜壓力大于“錐尖”，形成前后的壓力差;水流的力量經(jīng)過圓錐形螺線的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｂ萸斑M的動力，讓海螺逆流而行，前進起來十分省力，甚至是被推著走的。這和帆船越是在逆風情況下，前進得越快越穩(wěn)是一樣的道理。

所以海螺的“螺旋槳”就是它的螺殼以及上面旋轉(zhuǎn)的螺紋呀！

萬物皆有“旋”

其實，大自然中的“螺旋”幾乎無處不在，人類對它的認知僅是冰山一角。2000多年前，阿基米德發(fā)明了螺旋水泵;300多年前，笛卡爾發(fā)現(xiàn)了等角螺旋;100多年前，工程師史密斯發(fā)明了螺旋槳……

而自然界中的螺旋幾乎無處不在：

你的手指上的“簸箕”和“斗”似乎在指尖旋轉(zhuǎn)，院子里爬藤植物的莖葉，正繞著枝干呈螺旋式生長，抽水馬桶的水流旋轉(zhuǎn)著消失在下水道中，破壞力極強的臺風從高空旋轉(zhuǎn)到地面，動物的DNA呈現(xiàn)出雙螺旋結(jié)構(gòu)……

海螺里有更神奇的螺旋：草帽螺和旋梯螺，兩個毫不相干的海螺，竟然能夠像螺絲和螺母一樣旋擰到一起！

當我們仰望星空，會發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系都是呈螺旋形的。那么，哪一個星系是“螺絲”，哪一個星系又是“螺母”呢？

下一期我們將探索深海潛水器與海螺的“浮沉玄機”，掌握了這套“秘籍”后，潛入深海將不再遙不可及，也許有一天我們可以隨時“打車”去海底！