乒乓球“不浮”，来战

张伊蕊

生活中，我们将乒乓球放入水中，乒乓球便会浮在水面上。而在“天宫课堂”中，航天员王亚平将乒乓球放入水中，并用吸管将它推动到水面以下，乒乓球仿佛睡着了一样，停在了水中。

看到这里，相信好奇的你一定会产生疑问：太空中的乒乓球为什么浮不起来呢？

什么是浮力

地球附近的物体都受到重力的作用。水中的乒乓球也受到重力的作用，为什么没有沉下去呢？这是因为乒乓球在此时还受到了一个向上托的力，从而让它能够浮在水面上。

同样，你在潜水时也能感受到水给你向上托的力，这个托力会让你下潜得特别费力。即使是入水就沉的大铁块，在水中也会受到向上托的力，这个托力让它对水底的冲击力减弱了很多。

像这种浸在液体中的物体受到液体向上托的力，就被称为浮力。浮力的方向总是竖直向上的。那你知道这个向上的浮力是怎样产生的吗？

产生的原因

在地球上，液体由于受到重力的作用而存在压强。当一个物体浸没在水中时，它受到水来自四面八方的压力。浸在水中的物体，由于深度不同，受到的压力也不同。

图1 中，乒乓球顶部受到了一个向下的压力，由于顶部露出水面的部分较小，因此受到的压力比较小;而底部受到了一个向上的压力，由于底部在水中较深，因此受到的压力也就较大。图2 中，乒乓球的两侧由于深度相同，因此受到的压力也就相互抵消了。这时，乒乓球底部受到的向上压力大于顶部受到的向下压力。这个压力差，就是液体对乒乓球的浮力。于是，乒乓球在浮力的作用下浮出了水面。

可是，在太空这样一个失重环境下，水中的物体各个部分受到的压强相等，不存在压力差，因此就不再有浮力，乒乓球自然也就浮不起来了。

决定物体沉浮的因素

仔细观察生活的同学一定有所发现，除了乒乓球，小木块、泡沫板等也能在水中浮起来，但是将橡皮、硬币、铁块等放入水中便会沉下去。

那么，一个物体的沉或浮究竟与什么因素有关？在水中的物体，不仅受到向上的浮力，也受到向下的重力。当物体受到的浮力小于重力时，下沉;当物体受到的浮力大于重力时，上浮。当两者相等时，物体便悬浮在液体中。

在自然界中，动物们通过各种方式来控制自身在水中的沉浮。例如，鱼儿可以通过改变鱼鳔的体积大小，改变自身受到的浮力大小，进而控制身体在水中的位置;海牛也可以通过不停放屁排气，来控制自己在水中的沉浮。

抹香鲸最明显的外形特征就在于它巨大的方形大脑，其头部占体长的1/4～1/3， 而鲸脑油主要就贮存在抹香鲸头部称为“抹香鲸脑油器”的腔室中。一头成年抹香鲸的头部可能含有1 000 升以上的鲸脑油。当鲸脑油的温度与抹香鲸的体温相近时，鲸脑油呈现液态流动状;当其冷却到室温时，便凝固成类似石蜡的固态。研究认为，抹香鲸会通过增加局部血流量或吸入冰冷海水的方式，调节鲸脑油腔室内的温度，让鲸脑油溶解或凝固，从而改变比重，由此作为其浮力调节剂。

乌贼的身体构造也非常有特色，它的外套膜及头部在背面有软骨相连，外套膜边缘与外界相通的开口能够随时关闭或张开。当外套膜边缘张开时，海水便流进乌贼的外套腔内。水注满了外套腔，开口就自然关闭。这时，乌贼即可沉入海底。它还能靠头部特殊形状的漏斗喷水来后退或前进。当外套腔注满水后，外套膜的肌肉用力收缩，水便从漏斗喷出，乌贼便借助喷水的反作用力前进。它还可以借漏斗的不同摆放位置前进或后退。

在生活中的应用

1. 浮岛式航母

中国打造排量50 万吨浮岛式航母，作为大型海上浮动平台，实际上也是一种模块化组合而成的超大型人工浮体，不仅为空军提供海上移动机场，也可作为海军水面舰艇的综合补给站。相比于航母性能的单一性，这种可移动的浮岛式海上平台拥有极为重要的军事意义。

2. 北斗海洋浮标导航系统

海洋浮标，是漂浮在水面上的航标，用来标记航道、指示浅滩或危及航行的障碍物。除了能够指示航道，海洋浮标还是无人的自动海洋观测站。它可以在恶劣环境下长时间24小时连续工作，每天定时测量，并且发报出十多种水文气象要素，可以为海洋科学研究、海上石油开发、港口建设等收集必需的海洋水文气象资料。我国的北斗导航系统可以利用自身抗干扰性强的特点，为过往船舶提供更加精准的保障。装备北斗系统的海洋浮标部署在西沙群岛至南沙群岛的大片海域，可以将南海至大陆沿岸的海洋关键数据尽收眼底。

3. 深海固体浮力材料

該材料具有密度低、耐压强度高、吸水率低、耐腐蚀、可进行二次机械加工、对环境无污染等优点，能满足深海的使用要求，主要为深海作业装备提供所需的浮力，以保证稳定的深海工作状态。该材料在水下深潜器、水下机器人等方面都已得到应用，并能在水下数千米的深海安全使用。