百年前，凡尔纳在他的科幻名著《海底两万里》中，创造了潜水艇“鹦鹉螺号”这个概念，开启了人类探索海洋秘境的大门。时过今日，潜水艇已经成为我们常规的海洋探测工具。但其复杂的工作原理，可能还远未为公众所了解。

我们熟悉的潜水艇外形笨拙，缓慢地在阳光下移动，在海面上形成镜像。但真正的潜水艇，则如同“鹦鹉螺号”一般，搭载着人类的想象，自由穿梭于光线无法到达的幽蓝深海。

那么潜水艇为什么能在水中航行？其原理远比看上去复杂。压强、排水量、重心控制等多种原理融会贯通，最终造就了这样精密的水下航行工具。今天，让我们一起打开潜水艇的神秘面纱，全方位解读它的工作奥秘......

当一个物体浸入流体中时，流体会对物体产生向上的浮力。这种看似神奇的现象，其实源自于一个科学原理——阿基米德原理。

阿基米德原理告诉我们：当一个物体全部或部分浸入流体中时,流体会向物体施加一个向上的浮力，这个浮力的大小等于物体排开的流体重量。

为什么会产生这样的力呢？原因在于重力作用，流体在重力的作用下，上面的流体会对下面的流体产生压力，根据作用力反作用力原理，上下流体互相挤压，产生压强，这一点与固态物体的相互挤压是相同的。但是与固体只承受向下的挤压不同，同一位置流体的压强是向四面八方且处处大小相等的。

根据上述原理，液体的越深处压强就越大，正是由于流体重力引起的上下压强差，导致当有物体排开一定体积的流体时，下表面的压强大，上表面的压强小，从而产生了浮力，并且浮力大小等于排开液体的重力。

根据密度的不同，物体的重力可能大于或小于被排开的流体的重力。当物理重力大于排开流体的重力（浮力），物体将下沉，当物体的重力小于浮力，物体将上浮。

也可以这样讲，在重力作用下，流体争先恐后地向下“挤”，而浸入流体的物体则被向上推。如果能推动，那么物体上浮，如果物体太重了，流体推不动，那么物体下沉。

说到潜艇的工作原理，我们就不得不说到鱼了，潜水艇借鉴了鱼鳔的工作原理。鱼鳔俗称鱼泡，是鱼游泳时的水中深浅位置调节器，也是鱼游泳时的“救生圈”，鱼泡中充满了空气。前面说到只要改变重力和浮力两者之间的大小关系，就能实现上浮与下沉。当鱼想要上浮时，只需要控制肌肉，让鱼鳔体积增大，让鱼的身体鼓起来，增大排水量，从而增加浮力使鱼浮起来；相反，当鱼想要下沉，只需要让鱼鳔体积减小，鱼身变扁，排水量减小，浮力减小，鱼自然就沉下水了。当然鱼的游动过程很复杂，并且鱼鳍的运动起着很重要的作用，鱼鳔所起的深度调节作用与鱼鳍一起帮助鱼在水中“翱翔”。

潜艇借鉴了这一工作原理，但是潜艇是一个笨重的“铁皮怪”，不能像鱼一样通过“涨大”、“收缩”身体来增加浮力，但是潜艇内有个大水箱，我们可以控制水进入潜艇的水箱，从而改变自重。潜艇体积很大，当它全身浸入水中时，周围的水向潜艇提供的浮力一般比潜艇重力更大。为了使潜艇向下沉或向上浮，船员可以通过调节船内水箱的水量来改变潜艇的重量。如果想下潜，就要往水箱内注入一些水，增加重量，潜艇就会慢慢向下沉。如果想上浮，就从水箱内排出一些水，减轻重量，潜艇就会慢慢上浮。

当然，和鱼一样，潜艇上其他运动装置。如驱动用的螺旋桨，船员可以控制桨叶的转动来推动潜艇在水中向前或向后航行，以及控制转向的船头舵等。除此之外，潜艇还有动力推进系统、重心控制系统、深度控制系统、生命支持系统、弹射逃生系统、导航系统、武装系统等，以支持潜艇完成各种水下作业。

作为人类探索海洋的重要工具，潜艇为我们打开了通往海底世界的大门。经过一个世纪的发展，潜艇的性能和功能日益完善,从最初的军用到现在的科研多功能用途。各种先进的技术如声纳、水下摄像等设备让潜艇能更深入地观察和记录海底世界。当今潜艇不仅可以在水下停留更长时间,而且搭载更精密的探测仪器。

可以预见,随着材料、动力以及控制技术的进一步发展，潜艇将成为揭开海洋奥秘的更加强大和高效的工具。我们期待潜艇能带回更多有关海底地形、海洋生物及环境的宝贵信息，让人类对这个蓝色星球有更深远的了解。

参考文献

[1]https://zhuanlan.zhihu.com/p/267185584

[2]https://zhuanlan.zhihu.com/p/323268663

[3]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%9B%E8%89%87

[4]https://engineeringinsider.org/submarine-principles-design-working/

来源：力学科普

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