潜水艇与鱼、飞艇与热气球原理的区别 热气球升空原理
潜水艇与鱼、飞艇与热气球的原理都是利用了物体的浮沉条件,但具体对浮沉条件的利用是有很大区别的。
潜水艇与鱼
鱼能够在水中随心所欲地游动,潜水艇能潜入水下自由航行,象鱼一样下沉、上浮和悬浮。它们的原理是否一样呢?
首先,我们来了解一下鱼的体内结构。它的体内背部生有一白色的气囊.叫做“鳔”。鱼在水中实现浮沉“鳔”起了重要作用,鳔的形状象个葫芦,中部特别细的部分有一条很细的气管直通咽喉,这条气管只用来排气,给气囊充气的气体却是从鳔壁的血管分泌出来的,鱼就是通过鳔改变自身体积来调节所受的浮力。当鱼受到的浮力大于其重力时,鱼在水中就可以上浮;当浮力等于重力时,就可以悬浮;当浮力小于重力时,鱼就可以在水中下沉。但是,鳔收缩的能力是有限的,所以鱼不能下沉到特别深的海底.。由此可见,鱼在水中的升降主要改变的是浮力大小。
潜水艇是由金属等钢性材料制造的,不可能象鱼一样通过气囊来改变艇身体积大小实现浮沉。那么它靠什么呢?由F浮=ρ水gV排可知,潜水艇在水下时V排=V艇,可见,F浮是一个恒量,由物体的浮沉条件:当G物>F浮时,物体下沉;当G物=F浮时,物体悬浮;当G物<F浮时上浮。可知,潜水艇在水中实现浮沉只能靠改变自身重量来实现。那么,潜水艇是如何改变自身重量的呢?这得从它的结构去分析,潜水艇的两侧有水舱,当水舱中充水时,潜水艇的自身重量便会逐渐加重,如果要减轻自身重量,则需利用压缩空气将水舱中的水压出。因此,潜水艇在水中上升和下降主要改变的是自身重力的大小。
飞艇与热气球
飞艇的工作原理是根据气体的体积来改变大气对它所受的浮力,由F浮=ρgV排,可知,由于ρ与g是定值,根据V排气体体积大小来升降。当充装氦气(密度小于空气)时飞艇体积变大,浮力变大,大于重力时,飞艇便上升;如果的下降,则需从飞艇中放出部分氦气,减小浮力,当浮力小于重力时便下降。即飞艇改变的主要是浮力大小。
热气球飞行是根据热空气密度比冷空气密度小,相同体积热空气比冷空气轻而产生浮力的原理。上升时,把球囊内的空气加热,空气排出使其变轻,重力小于浮力就可以使气球载重升空;要下降时,则停止加热,冷空气又进入球囊,气球的重力增加,重力大于浮力时便下降。用开燃烧开关的间隔时间长短,调整球囊温度(气体密度)来控制热气球的上升和下降。即热气球改变的是重力的大小。(武汉市第三十六中学 梁大悦)
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