蛟龙入海的物理学:蛟龙入海
时间：2020-02-21 11:53:39 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
海底压力、压强�题 在陆地上，大气对我们的压强大约是10SPa(帕斯卡)，若一个成年人的手掌面积是0.01平方米，则一个成年人的手掌所受到的大气压力约为103N(牛)，相当于100千克物体的重力。但是，由于人体内的压强与体外受到的大气压强相当，所以人感觉不到大气压的存在。
在液体里，由于液体的重力作用，液体内部也会产生压强，且液体的压强大小跟液体的密度和深度有关，液体密度越大、深度越大，液体的压强就越大。在海里，海水的压强也跟海水的密度和深度有关，越往深处，海水的压强越大。由于海水的密度分布不均匀，跟海水的温度、深度等因素有关，一般地说，越往深处海水的温度越低、密度越大，压强就越大。在“蛟龙号”这次潜入的深度5 188米处，海水的压强将超过5，188×102Pa，也就是它承受着相当于超过500个大气压的巨大压强，这相当于在“蛟龙号”每1平方厘米的表面积(大致一个手指甲大小)上压500千克的重物。“蛟龙号”如果以后到达设计潜深7 000米的海底，则将承受着相当于超过700个大气压的巨大压强，这相当于在“蛟龙号”每1平方厘米的表面积上压700千克的重物。
浮力�题
浸在液体中的物体所受到的浮力，是由于物体上下表面所处的深度不同，受到的压力、压强不同而形成的压力差产生的(如下图F浮=F2-F1)，根据阿基米德原理，浮力的大小等于物体所排开的液体的重力。物体在液体中的浮沉，是由物体所受到的浮力F。和自身重力G的大小决定的。F浮>G时，物体上浮；F浮浮=G时，物体悬浮。
据报道，“蛟龙号”潜水器长、宽、高分别是8.2米、3.0米与3.4米，在空气中质量不超过22吨，载人舱是内径不超过2.1米的球体，刚刚能容下3个人。它的有效负载220千克(不包括乘员质量)。由此推测，“蛟龙号”的外观总体积至少在30立方米以上，载人耐压密封舱体置于潜水器前部，舱体呈球型，前方和左右分别有一个圆形观测窗。在外壳和载人耐压密封舱体间应还有一些仪器设备，在下潜过程中所受浮力应大于2.2×105N(22吨自重的重力)，通过向潜航器内部注水和加压载铁，使所受总重力大于所受浮力，潜水器才会下潜。通过调节压载铁的重力，就可以实现潜水器的上浮或下潜或悬浮。
温度�题
海水温度在垂直方向上的变化，总的来说是随着深度的增加而降低。海水的深度与温度的关系上存在着三层典型的结构：上层为混合层，深度为20～200米，此层温度是均匀变-化的；其下一层叫温跃层，此层温度急剧下降；最下一层位于温跃层下，海水的温度较平稳地下降。
由于水的比热容比较大，因此升温慢，所以冬天表层海水水温高，往下逐渐降低，到达一定深度就不会变了。而夏天则正好相反：这时候的表层海水水温比较低。同时海水水温还受寒流暖流的影响。寒流经过时水温降低，暖流经过时水温升高，这种变化与水从太阳光中吸收的热量无关。
根据有关资料显示，世界海洋的水温变化幅度不是很大，一般在-2℃-30℃之间，其中，75％的水温为0℃到6℃，50％的水温为1.3℃到3.8℃。经直接观测表明，海水温度日变化很小，变化水深范围从0-30米处，而年变化可到达水深350米左右处。在水深350米左右处，有一恒温层。但随深度增加，水温逐渐下降(每增加1 000米深度，温度约下降1℃～2℃)，在水深3 000～4 000米处，温度降到2℃―-1℃。在到达5 000米海底时，外部温度大概只有-2℃左右。
通信�题
在太空中可以用无线电通信，但在海底，由于海水的阻隔，无线电不能使用，水声通信成为远距离数据传输的唯一方法。水声通信是一项在水下收发信息的技术，这项技术难度巨大，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽窄、信号衰减严重，特别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来说，速度非常低，大约在1 500米／秒左右，因为水下通信采用的是声波而非无线电波。我国研究人员克服了重重困难解决了这个�题，使“蛟龙号”具有先进的水声通信能力，可以高速传输图像和语音。
水下通信有多种方法，但是最常用的是使用水声换能器。这个系统的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。声信号通过水这―介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，解码器将数字信息破译后，电接收机才将信息变成声音、文字及图片。
声通信机使用的是模拟信号，可是海洋中的波浪、鱼类、舰船等都会产生噪声，使海洋中的声场极为混乱，声波在海水中传递时产生“多途径干扰信号”这一较大的难题，导致接收到的信号模糊不清。
半个世纪以来，水声领域的专家对这一难题一直束手无策，老式的模拟水声通信机一直沿用至今。由于数字通信的产生，陆地上的信号干扰被成功解决，水声领域的专家也开始了在该领域进行探索。
经过攻关，我国科研人员研制出一个全新技术，终于成功解决了多途径干扰�题。
电池�题
也许你是第一次听说银锌电池这个名词，但这并不妨碍银锌电池的电池鼻祖地位。早在1800年春季，意大利科学家伏打(Volta)就发明了著名的“伏打电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。如你所知，这便是所有电池的雏形。
经过了200多年的更迭，银锌电池至今仍然出现在我们的手表、计算器等低耗电设备中。既然银锌电池有那么久远的历史，为什么至今才被当作锂电池最有希望的替代品推出?其实自�世以来，民用的银锌电池就只能提供较低的电压和电流，电池容量也相当小。普通银锌电池性能稳定，不可充电，占据了纽扣电池市场的半壁江山。在上世纪70年代，人们才开发出了银锌蓄电池。银锌蓄电池可以拥有极高的电容量和稳定的电池性能。大容量银锌蓄电池价格惊人，在当今的航天飞机、导弹、鱼雷等尖端领域才能找到大容量银锌蓄电池的身影。 银锌蓄电池正极为氧化银，负极为锌，电解液为氢氧化钾溶液。银锌蓄电池的比能量大，能大电流放电、耐震，用作宇宙飞船、人造卫星、火箭等的电源，充、放电次数可达约100～150次循环。其缺点是价格昂贵，使用寿命较短。
充油压力补偿式银锌蓄电池，因其特殊的结构形式，大多用于深海潜水器等特殊领域。这种银锌蓄电池具有耐压结构设计，高压环境对电池性能的影响较小，可以确保电池在7 000米水下(71MPa压强)环境中工作时安全可靠。我国自行开发研制的充油银锌蓄电池与国外同类产品相比，容量是最大的，从而保证了水下作业时间。
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