浮力的奇跡（中）

王震元

淹不死人的“死海”

在巴勒斯坦、約旦和以色列之間，地處南北走向的大裂谷地帶的中段，有一個著名的內(nèi)陸咸水湖。由于長年氣候酷熱，湖里的水分大量蒸發(fā)，因而湖水的含鹽量高達25%～30%，除個別微生物外，沒有任何動植物可以在湖里生存。這個湖被稱為“死海”。傳說，大約2000年前，羅馬統(tǒng)帥狄杜進攻耶路撒冷，來到死海岸邊，在下令將俘虜投入海中處死時，俘虜們并沒有沉到水里淹死，而是被波浪沖回岸邊。狄杜勃然大怒，下令再次將俘虜投入海中，結(jié)果俘虜依舊安然無恙。統(tǒng)帥大驚失色，認為這是天意，于是將他們?nèi)酷尫拧?/p>

上文的傳說是否可信，雖然已經(jīng)無法確認，但人在死海中不會被淹死卻是事實。美國著名作家馬克·吐溫游歷了死海之后，是這樣描繪他和同伴在死海中沐浴的情景的：

“這是一次有趣的沐??！我們竟不會沉下去。在這里，我們可以把身體完全伸直，并且把兩手放在胸部，在水面上仰臥，大部分身體仍舊留在水面上。這時候，我們還完全可以把頭抬起來……你能夠很舒服地仰臥著，把兩個膝蓋抬到下顎下面用雙手抱住它們——不過這樣會使你很快就翻一個筋斗，因為頭部太重了。你可以頭頂著海水豎起來，使自己的胸膛中部到腳尖這一段身體露在水面上，不過你不能長久地保持這種姿勢。你不能仰泳得很快，因為你的腳完全露在水面上，只好用腳跟推水。如果你俯著身體游泳，那你就不能前進，反而要后退。馬在死海里既不能游泳，也不能直立，因為它的身體太不穩(wěn)定了。馬一到水里，只能側(cè)著身體躺在水面上……”

其實道理很簡單：死海水的含鹽量遠高于一般海水的含鹽量，它的比重達到了1.172～1.227，而人體的比重只有1.021～1.097，因而根據(jù)阿基米德定律，死海水產(chǎn)生的浮力大于人體在死海中的體重，必然會把人體“推”上水面。而一般海水與人體的比重大致相等，人在海中如果靜止不動，只有在海水幾乎把整個身子淹沒時，水對人體產(chǎn)生的浮力才和人的體重相等。這時人稍不留神，或心理緊張，就會因嗆水而淹死。

因而，死海實際上就是基督教《圣經(jīng)》中的亞拉巴海，即鹽湖。最近，我國四川省大英縣也發(fā)現(xiàn)了一個“死海”——形成于1.5億年前的地下鹽湖，人在湖中同樣可以漂浮不沉。

氣鰾的啟示

剖開魚肚，你可以看見里面有一個白而長，像葫蘆一樣的氣鰾。這是魚在水中的升降機。它要沉下水去時，就將氣鰾縮小，使肚里的空氣體積變小，而身體的比重增加。反之，氣鰾漲大時，身體比重變輕，便可以浮起來。18世紀初，由于當(dāng)時俄國統(tǒng)治者彼得大帝的野心很大，一直想擴大疆域，四處收購新式武器，于是一個叫尼科諾夫的農(nóng)民就求見皇帝，獻計說他能造一艘特殊的船，可以偷偷地像魚一樣潛入水向敵艦發(fā)動攻擊。尼科諾夫其實就是受到魚鰾的啟示才想到可以造這種水下船的。彼得大帝聽后很高興，并撥?？钪С?。3年后，尼科諾夫成功地完成模型制作，并于1724年下水實驗。但由于操作失誤，機件損壞未能達到預(yù)定目標。而尼科諾夫此時又突然病逝，彼得大帝不得不放棄這一計劃。

1776年7月，北美殖民地人民宣告獨立，成立了美利堅合眾國。英國殖民當(dāng)局惱羞成怒，調(diào)集了3.5萬名士兵，在海軍艦隊的掩護下進攻紐約城。當(dāng)時鎮(zhèn)守紐約的主將就是后來成為美國開國總統(tǒng)的陸軍司令華盛頓。他手下只有1.8萬名士兵，沒有重炮和軍艦。此時，紐約港已被英國軍艦封鎖得水泄不通，形勢十分嚴峻。

這時，一位名叫大衛(wèi)·布什內(nèi)爾的美國教員站了出來。他看過當(dāng)年尼科諾夫研究的全部資料。于是向華盛頓提出建議，并獲準制造一種在水中潛行的船只。由于它外形奇怪，好像是由兩個烏龜殼合起來的，因而被人們稱為“海龜”。實際上，它是一個橢圓形的木桶，外殼由橡木做成，靠人力搖動螺旋槳推進?！昂｝敗笨蓾摽筛?，因為在它的艙內(nèi)設(shè)有壓載水柜。只要操縱手動泵，水柜排水，“海龜”就會上浮;水柜進水，“海龜”就會下潛?！昂｝敗眱?nèi)的空氣可供駕駛者呼吸30分鐘。如果時間長了，就只能使用通向水面的通氣管了。

1776年的一個夏夜，華盛頓下令出擊。攜帶68千克炸藥的“海龜”順利接近英軍軍艦，開始在敵艦船底進行鉆洞作業(yè)，但在準備把炸藥掛上去時，突然被對方發(fā)現(xiàn)，駕駛員急中生智，引爆了炸藥。英軍不知爆炸聲從何而來，急忙撤退。由此，紐約港的封鎖被打破了。華盛頓譽之為“一次天才的嘗試”。

孔明燈

這種用人力螺旋槳推進的“海龜”雖然十分原始，卻構(gòu)成了潛水艇的雛形。18世紀中葉，人們改用蒸汽機為動力。美國南北戰(zhàn)爭時，南軍曾用一艘由鍋爐改裝的潛水艇，把北軍的一艘重達數(shù)千噸的巡洋艦擊沉。

1897年，美國造船專家霍蘭，進一步研制了一艘可憑汽油機為動力在水面航行，用蓄電池為動力在水下行駛的潛水艇。它長15.84米、寬3.05米，排水量為70噸。武器裝備為艇艏的一具魚雷發(fā)射管，攜帶3枚魚雷，以及艇艏和尾部各一挺機關(guān)槍。這艘潛水艇的各種性能已相當(dāng)完美，被稱為“海上霸主”。霍蘭也被公認為世界上第一艘潛水艇的發(fā)明者。

隨著科技的發(fā)展，半個多世紀以后，美國又發(fā)明了“鸚鵡螺號”核潛艇。它克服了傳統(tǒng)的潛艇在水下航行一段時間后，必須浮出水面交換空氣、易于暴露自己的根本缺陷，改用核燃料為動力，可以隨心所欲地在水下長期潛航，被稱為“真正的潛水艇”。1958年8月3日夏令時23時15分，美國第一艘核潛艇“鸚鵡螺號”在浮冰下到達地理北極，成為人類歷史上首艘水下潛航到達北極點的船只。

就這樣，在阿基米德定律的指引下，經(jīng)過100多年的努力，潛水艇終于成為一種現(xiàn)代化的水下攻擊利器。

先驅(qū)者的遭遇

早在2000多年前的漢朝，《淮南萬畢術(shù)》中就有這樣的記載：“艾火令雞子飛。”意思是說，把雞蛋挖空，在空殼里點火把空氣燒熱，蛋殼就能在大風(fēng)中飛起來。雖然根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)的計算和實驗，由于空蛋殼體積太小，里面即便充滿了熱空氣，也不足以使蛋殼自行升浮，但是卻直接證明了古人早就注意到了熱空氣比冷空氣輕，從而產(chǎn)生浮力的現(xiàn)象。

到了三國時代，諸葛亮用很細的竹篾做成燈籠的骨架，外面糊一層薄紙，只留下面一個小口。再把一個盛滿了松脂的小瓦碟放在燈籠內(nèi)點燃。燈籠內(nèi)的空氣加熱之后，燈籠就會慢慢地升到空中。直到松脂燒光了，空氣冷卻后，才慢慢地落下來。諸葛亮字孔明，所以這種燈又叫“孔明燈”。

到了五代時期，農(nóng)民軍中有一個名為莘七娘的女首領(lǐng)，晚上在指揮作戰(zhàn)時，她就把這種“孔明燈”升到空中，作為軍事行動信號。這種“孔明燈”實際上就是熱氣球的雛形。

1731年的一天，俄國一個名叫克拉庫特諾的地方法院文書，看到煙囪里冒出的青煙一個勁地向上竄，感到十分好奇，就反復(fù)地琢磨其中的道理，并突然產(chǎn)生靈感：如果用一個巨大的口袋，讓它灌滿煙囪里冒出來的熱煙，它一定會飄向天空;如果再在口袋下面裝上一個吊籃，人坐進去，不就可以飛上天空了么？

克拉庫特諾是一個敢于實踐的人。他說干就干！嘿！這個試驗品還真的離開地面飛了起來，飛得比樹還高。煞風(fēng)景的是，由于他不能控制飛行方向，結(jié)果撞到了一座鐘樓上，發(fā)出了洪亮的鐘聲，自己也摔落在地。鐘聲引來了許多村民。這些村民世代生活在這片貧瘠的土地上，幾乎與世隔絕，十分愚昧落后。在他們心目中，只有上帝和天使能在空中飛行，人是無法做到這一點的，而上帝和天使是不會從天上掉下來的，因而確認此人是魔鬼無疑！

至于如何處置這個“魔鬼”，村民們卻意見不一。有人主張燒死他，也有人認為應(yīng)將他套上絞索……正在克拉庫特諾生死攸關(guān)之際，村民中一位略有文化的長者站出來說了公道話，并趁村民們激烈爭論之際，偷偷地將這個“魔鬼”放了。村民們發(fā)現(xiàn)后，就將“魔鬼”留下的大口袋——實際上是世界上的第一個熱氣球燒毀了。

雖然克拉庫特諾幸免于難，但再也沒有勇氣繼續(xù)進行熱氣球的研究和實驗了。俄國一項本可領(lǐng)先于世界的重大發(fā)明就這樣壽終正寢了……

（未完待續(xù)）