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浮沉子简介

众所周知，适用于液体和气体的“阿基米德浮力定律”清楚的表明：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体对应所排开的液体体积所受重力。浮力的大小与物体所浸的液体本身有多少体积无关。物体所受的浮力与物体所受的重力是作用在同一直线上，力的作用点相同，力的大小相等，力的方向相反的一对平衡力。

浸在水里的物体的浮沉是由物体所受的重力和物体所受的浮力来决定的：1、当物体所受的浮力大于物体所受的重力时，物体就会在水里上浮。2、当物体所受的浮力小于物体所受的重力时，物体就会沉入水底。3、当物体所受的浮力等于物体所受的重力时，物体就会漂浮在水面上或悬浮在水中。4、只要水的密度没有发生变化，没入水中同一物体的浮力与同一物体的入水深度无关。因为随着同一物体入水深度的增加，同一物体所排开的液体体积始终不变。随着同一物体入水深度的增加，同一物体上下表面受到的压强同时增大，同一物体上下表面受到的水的压强差还是始终不变。因此无论没入水中同一物体的入水深度如何变化，同一物体的浮力也是始终不会发生变化的。

一五九六年至一六五零年间，法国科学家笛卡尔为演示液体浮力定律、气体具有可压缩性及流体间的压强传递发明了使用条件有别于潜艇，可以人为控制浮沉的物体-浮沉子（又名：笛卡儿潜水器）。他将下端开有通水孔，水可经通水孔进、出瓶里的瓶子或倒置的试管，放入有水的高贮水筒里，并使瓶子或倒置的试管浮在贮水筒里的水面上，再用橡皮膜把贮水筒口蒙住并扎紧，将空气和水密闭在高贮水筒里，就制成了浮沉子。

根据帕斯卡定律，在密闭的容器里的空气和水，当空气被压缩时，就会把压强传递给水。1、我们用手按高贮水筒口的橡皮膜，压缩高贮水筒里被封闭的空气，封闭的空气压力增大，就会把压力传递给水。高贮水筒里压强随封闭的空气压强增大的水就会压入浮沉子的瓶子里或倒置的试管里，同时压缩浮沉子的瓶子里或倒置的试管里的空气。这时的浮沉子里多进了一些水，于是浮沉子的排水体积就减少了，就是浮沉子所受的浮力减少了，此时浮沉子所受的重力大于它所受的浮力，浮沉子就向下沉了。2、手离开橡皮膜，筒里水面上被封闭的空气体积增大，筒里水面上被封闭的空气压强减小，高贮水筒里水的压强随筒里封闭的空气压强恢复正常而恢复正常，浮沉子里被压缩的空气就把浮沉子里的水压了出来，这时的浮沉子里减少了水，于是浮沉子的排水体积就增大了，就是浮沉子所受的浮力加大了，此时浮沉子所受的重力小于它所受的浮力，浮沉子就向上浮了。3、当手对橡皮膜施加的压力适当时，筒里水面上被封闭的空气压强以之相等，高贮水筒里水的压强与筒里封闭的空气压强相等，浮沉子里的空气压强也以之相等。此时浮沉子所受的重力等于它所受的浮力，浮沉子便悬浮在水中的任意深度上。

浮沉子的形式有多种多样。浮沉子控制浮沉的原理都是通过控制外部压强的变化来改变浮沉子内部气体的体积及排水体积来实现控制其沉浮的。浮沉子控制浮沉与潜艇控制浮沉的原理、条件还是有区别的，是具有共性又有异性的。浮沉子是靠改变没入其的水压强来改变浮沉子的排水体积，改变浮沉子的浮力实现控制浮沉子沉浮的。潜艇只靠改变潜艇排水体积，改变潜艇的浮力来实现控制潜艇沉浮的，潜艇是无法改变没入其的水压强的。

各种形式浮沉子的制作要掌握两个要点：1、浮沉子内部必须有一定量的气体(因固体、液体的体积不易随压强的变化而变化)2、要调节好整个浮沉子的平均密度，使整个浮沉子的平均密度稍小于周围液体的密度。在高贮水筒里被封闭的空气压强较小时，使整个浮沉子能浮在贮水筒中的水面上。

实践、实验是获得真知的源泉，也是发明的土壤。只要用心生活，留心实践、实验中发生在我们身边的平常事。肯动脑筋，就能触类旁通、获得有价值的启示，“大道至简，知易行难，知行合一，悟在天成”。要有创新意识，冒险精神和想象力，敢于突破桎梏，颠覆传统惯性思维。善于去做，无惧失败，有时失败的案例反而比成功的案例更有价值。逆袭思考失败的原因，将会更容易成功。无论是颠覆性的创新理论，还是颠覆性的创新应用技术在苹果树下、不经意间也会被创造出来。它山之石可以攻玉！祝愿我亲爱的科学家朋友们能因此触类旁通、获得有价值的启示，神思奔涌，造福人类！

朱剑文，中国管理科学研究院学术委员会特约研究员、中国科学家协会会员、中国旅美科协工程学会常务理事、中国发明协会会员、国务院研究室言实出版社《中国梦的发展探索》丛书特邀编委、中国科普作家协会会员。Q2284097400