破冰船正是以類似的方式工作的。破冰船憑借著強大的發動機,使它向上傾斜的船頭爬上冰麵。船首露出冰麵後,把它的首部重量全壓在冰上,這樣就能毫不費勁地把冰搞碎。為了增加船頭的重量,在船頭還裝上專門的水艙,必要時注滿水。

如果冰層較厚,破冰船往往要後退一段距離,然後再向前猛衝,一次不行,就反複衝,直到把冰層衝破。破冰船不斷前進,在冰上開出一條通道來。

打澇沉船也是利用浮力。像廣泛使用的浮筒打撈法,就是把一些浮筒注滿水沉放排列在沉船的兩舷,然後將鋼繩套在浮筒的樁頭上,開動機器,向浮筒內充壓縮空氣,將浮筒內的水排出,浮筒受到的浮力就將沉船抬出水麵。

同液體有浮力一樣,空氣也有浮力,氣球和飛艇就是利用空氣的浮力升入空中的。不過航空上把這種浮力稱為升力。

氣球和飛艇的主要組成部分是氣囊。氣囊內充有密度比空氣小的氣體,如熱氣、氫氣或氦氣。如果氣球或飛艇自重加上所載物體的重量小於氣囊排開的空氣重量,即小於受到的升力,氣球或飛艇就會升入空中。由於高空中空氣越來越稀薄,密度減小,所以氣球或飛艇受到的升力也就越來越小,以至於最後,氣球或飛艇所受的升力等於它受到的重力,就不再上升而停在某一高度漂浮。當需要降落時,隻需放出氣囊中的部分氣體就行。

氣球和飛艇有著多種用途。氣球用於氣象和天文觀測,進行各種科學試驗、轉播電視節目和進行通訊等。氣球隻能隨風漂遊,不能按照預定的航線飛行,而飛艇上裝有發動機,可以控製飛艇的飛行方向和速度,所以它可用來進行空中運輸、地質考察和治安防衛等。

在醫學上,浮力還有一個特殊的用途——水療法。如果人的四肢肌肉或關節有病、受傷;醫生可以讓病人浸在水中,利用身體受到的浮力作用,使病人隻需要作很小的力,就能使四肢活動,進行理療。

浮力還有許多用途,如農業生產上用鹽水選種及港口氣體防浪堤的建造等等。

空中的飛機掉不下來

很早人們就夢想像鳥一樣在天空中自由飛翔,人們發現鳥有兩種飛行方式:撲翼飛行和滑翔。最早人們注意到的是鳥的撲翼飛行,想象鳥一樣靠翅膀上下撲動來飛行,結果失敗了。

最後人們轉向學習鳥類的滑翔。對於鳥類的滑翔,很久以來人們一直迷惑不解,外國曾有人認為鳥的肚子裏有熱氣作用。我國晉朝一個叫葛洪的人在仔細觀察老鷹的飛行後,解釋說,老鷹伸直兩翅,並不撲動,反能盤旋飛行,且越飛越高,是因為有上升氣流的緣故。基於鳥類滑翔的道理,人們造出了滑翔機和早期的飛機。

現在我們知道飛機能夠在高空中飛行不落的原因,是因為受到一個升力作用,而使飛機獲得升的主要部件是機翼。但是飛機是如何得到這一升力的呢?為解釋這個問題,我們先做一個簡單的實驗:

將一乒乓球放置於一倒扣的漏鬥內,先用一紙板托住漏鬥口。這時用吸塵器從漏鬥窄口向裏吹氣,並拿走紙板,此時乒乓球卻掉不下來。這就是“升力”托住了球體。因為空氣流過球與漏鬥壁間窄縫時的流速大於流出漏鬥口時的流速,所以漏鬥寬口處的壓力大於漏鬥窄口處的壓力,它克服了乒乓球的重力,使球支持著不落下來,即流速增加,壓強降低,這在物理學上叫做伯努利原理。

飛機獲得升力的情況和上麵的實驗相似,隻是這時還要考慮機翼周圍存在著的空氣的環流。這種環流在飛機飛行中迭加到經過機翼的原平移氣流上。在機翼上部,環流的方向與平移氣流的方向相同,迭加結果使空氣流的速度增加;在機翼下部,環流的方向與平移氣流的方向相反,因而空氣流速度減小。根據伯努利原理,機翼上方的壓強減小,下方的壓強增大,形成了一個向上並稍微偏後的總壓力Q。把Q分為水平與豎直方向上的兩個分力f、F,其中F就是飛機機翼受到的向上升力,它使飛機上升或保持飛機懸浮在空中;f分力是阻止飛機前進的正麵阻力。

飛機在飛行時,受到升力F、重力P、推進器的前進力F1和阻力f的作用。要使飛機能正常飛行,應保證升力足夠大、阻力最小,經過長期實踐與觀察,人們發現把機翼前緣做成純圓形而後部做成尖銳形狀,並且使機翼上部稍微凸起,便可以使飛機少受旋渦影響,即受到的阻力較小,因此人們逐步改善機翼的形狀,采用流線型機翼。