海洋世界神秘莫測，人類探索水下世界的願望從未停止。人們下潛到水下十幾米的海域，可以欣賞珊瑚礁的繁榮生機。我國自主研制的深潛器“蛟龍号”，在馬裡亞納海溝創造了下潛到7062米的作業類載人深潛紀錄。我們究竟是如何抵抗水下強大壓力，并利用浮力的原理在海洋中自由潛浮的呢？

本期節目，我們通過體驗潛水，感受浮力，了解密度，探究潛水艇和深潛器如何在海洋中實現下潛和上浮。

密度與浮力的關系（一）

我們進行了一場實驗，将兩個乒乓球同時放入水中，兵乓球均漂浮在水面上。之後将其中一個乒乓球灌滿鐵砂，再次将兩球放入水中。空心球依然漂浮在水面上，而鐵砂球瞬間沉入水下。

原理

當物體的密度大于水，物體便會沉入水中；當密度小于水，則會浮在水面上。

純淨水的密度是每立方厘米1克，空心球能夠漂浮在水面上，是因為空心球内部為氣體，整體密度小于水的密度。而實心球，密度增加到每立方厘米1.2克，大于水的密度後，它便會沉入水底。

通過實驗我們了解到，在體積不變的情況下，由于改變了重量，從而改變了物體的整體密度，就可以調節乒乓球在水中的狀态。

潛水艇也是利用了這個原理，通過将自身壓載水倉内的水排出、注入，來改變自身的整體密度，達到在水中自由上浮下潛的。

密度與浮力的關系（二）

當潛水員體力不支或無法遊動的情況下，通過給背心充氣便會緩緩上浮，直至水面。

原理

潛水員在水下的重量是固定的，如果想要通過改變密度實現上浮，就需要在自身重量不變的情況下，增加自身的整體體積。由于背心充氣膨脹，改變了整體的體積，整體的密度也變小，直至小于水的密度，浮上水面。

先來說說壓力

生活中我們經常吃的核桃有着相當堅固的外殼。如果我們用手握住核桃，無論怎樣用力一般都無法将核桃殼壓碎，但是換用榔頭砸，就可以輕松打碎核桃。因為榔頭的力量集中在很小的面積上，那麼破碎一個核桃，需要用多大的力呢？

我們都知道圓形是最耐壓的，因為它四面八方所受的壓力是均勻的。

我們把一個核桃固定在台鉗上，通過給它施加壓力來測試它究竟能承受多大的壓力。實驗中台鉗顯示最大數值是31千克，經過計算要把它換算成牛，那需要乘以9.8，應該是304牛。

由此可見，一個普通核桃在相當于鉛筆橫截面大小的面積上受到300牛頓左右的壓力，就會破碎。這個核桃它所能承受的最大壓力是304牛。

海洋中，潛水艇每下潛10米就會增加一個大氣壓的壓強，當潛水艇在水下500米時，其外殼每平方米就要承受大約50個大氣壓的作用，相當于每平方米的面積上要承受住至少500噸的重量。因此潛水艇的外殼隻有越來越堅固，才能下潛得越深。

抵抗水下壓力

蛟龍号可以下潛到水下7000米深，在水下每下降10米，就會增加一個大氣壓的壓力，而在7000米深的深海就會承受近700個大氣壓。

700個大氣壓有多強呢？1個大氣壓相當于在1平米上施加10噸的重物，700個氣壓就相當于在1平米上施加了約7000噸的重物。

原理

蛟龍号之所以可以承受如此大的壓力，是因為它分為内外兩層結構，内層載人艙為耐壓球形，并且使用钛合金建造。外層與内層之間填充絕緣液體保證機器正常運轉的同時又與外界壓力均衡。

我們來總結一下

潛水艇在體積不變的情況下通過注水、排水的方式調節自身重量，改變整體密度達到上浮下潛的目的。而潛水員在自身重量無法改變的情況下，可以通過給背心充氣，增大體積，改變自身整體密度，直到小于水的密度緩緩上浮。深潛器則通過雙層結構抵抗住了水下不斷增大的壓力。

浮力的應用不僅在潛水領域，生活中也随處可見，隻要我們掌握好密度與浮力的關系，這一原理的應用無處不在。

原來如此

《水中潛浮》

播出時間：4月1日 15:07

監制 / 闫東 主編 /劉銘 黃麗君

編輯 /田楚韻 小心寶 馬寶涓（實習）

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