在自然界,我們經常可以看到一些司空見慣的現象,但有時並沒有想過造成這種現象的原因。例如當被問到船隻在海裏沉沒時,最終會停止在何處?

這與海水的深度有關嗎?大家一定回答是沉入海底。但是為什麼會這樣呢?有人會說是由於重力的作用。而聽了下麵的解釋,你又會怎麼想呢?你認為這種說法對嗎?

由阿基米德的浮力原理可以知道,物體的漂浮性決定於客觀存在的平均密度,而不是它的重量。如果物體的平均密度比液體的密度大,那麼它就下沉;密度相同時,物體就可懸浮在液體中。深處的水由於受到上麵水的重壓,密度會增加,海水越深,密度越大,那麼到了相當的深處,海水的密度一定就可以達到與船的平均密度相等。假使船沉到此處,就不會再沉下去,因為再沉下去就會碰到密度更大的海水,而被推上來了。因此,沉船會懸浮在相當深的海水裏,而不一定沉到海底。

好像結論很正確,因為海洋深處的壓強是非常大的。在海洋中深度每增加10米,每平方厘米就增加10.094牛頓的壓力,這相當於1標準大氣壓。在許多地方,海洋的深度有好幾千米,那裏的大氣壓強是非常巨大的。有的海員常和沒有經驗的旅客開玩笑,用很長的繩子把一塞緊瓶塞的空瓶子係上重物沉入很深的海裏。當把瓶子提上來時,裏麵竟裝滿了海水!旅客很驚訝,因為瓶塞仍在上麵緊緊地塞著。

其實,這是海水的壓強在作怪。當瓶子下沉時,深水中的高壓把瓶塞壓入瓶中,使瓶子裝滿水;瓶子提上來時,由於壓力減小水膨脹而把瓶塞推回原處。

現在我們再回到原來的沉船問題上。雖然海洋深處有著巨大的壓強,但是水像所有液體一樣,幾乎不能被壓縮。也就是說,無論多大的壓強,總不能把水壓得比它原來體積小很多。1大氣壓隻能使水的體積縮小1/22000。就是在最深的海洋下,水的密度也增加不到5%,不可能增加到與船的密度一樣大,所以船在一般海裏沉沒時,毫無疑問地都會沉到海底。

但對一些內陸的特殊海域來講,則是另外一種情況。例如死海,它的海水密度很高,平常的海水約含鹽2%~3%,而死海裏水的含鹽量高達27%以上。就是說有1/4的重量是鹽,所以那裏的海水的浮力很大,人和船都不會沉沒於水中。如果人在死海中遊泳,絕對淹不死。你可以仰躺在水麵上;甚至,完全可以抬起頭來,讓身體在水麵上浮著,隻有腳浸入水中。因此與其說是在水裏遊泳,還不如說是在水麵上“遊泳”。

我們如果仔細觀察船舷,會發現它們上麵都畫了若幹條橫線——吃水線。它表示船在各種密度的水裏,滿載時的最大吃水深度,超過此線,船就可能下沉。

在不同的海洋中,水的密度不同。吃水線在鹹水裏比較低,在淡水裏比較高。這些吃水線的位置實際上也與浮力有關,因為船浸入水的深度決定於液體的密度。即當船上裝著同樣的貨物,在海水裏行駛,船就浮得高些,而行駛到大河等有淡水的地方,就會浮得低點。實際上每一條船都能夠用來測量海洋中水的密度。

液體的密度能不能用簡單的辦法來測量呢?回答是肯定的,可以使用密度計。它是一種測量液體密度的儀器,像船上的吃水線一樣,密度計上不同的刻度值表示了不同液體的密度值。在使用密度計時,隻要把它插入液體,它就會豎直地浮在液體中,液麵所對應的刻度值就是該液體的密度值。

密度計實際上是根據沉浮原理製造的。如果物體平均密度大於液體的密度,那麼物體就要浮起來。待測量的液體密度越大,被密度計排開的液體就越少,密度計浸在液體裏的深度也就越淺些,即液體密度越大,密度計浮起的越高。