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《我们爱科学》

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谁拖了潜艇的后腿

2009-12-21 21:54:49

  哎,你看这书上是不是写错啦:某新型潜艇在水下航行,最高时速可以达到三十几节;而它在水面上航行,最高时速却只有十几节。


  这句话有什么错吗?

  你没看出来吗?它说潜艇在水下航行速度比在水面航行要快。可是,空气的阻力比水的阻力要小得多,所以当潜艇浮出水面时,它受到的阻力应该比在水下小才对啊。

  前不久,我看过一部讲述二战时德军和盟军进行潜艇大战的电影。那些德国潜艇平时都是在海面上航行的,只有发现敌方舰船时才潜入水下。如果说潜艇在水下航行更快,那德国潜艇为什么总是浮上来航行呢?

  噢,这你就不知道了。潜艇在航行时受到的阻力,可不是光来自于空气和水哦。

  潜艇阻力大盘点

  当潜艇在水面航行时,有五大阻力在影响它的速度:船体和水流摩擦产生的摩擦阻力,船尾搅起的旋涡产生的旋涡阻力,船头掀起的波浪产生的兴波阻力,船体的突出部分在水里产生的突出体阻力,最后一个是空气阻力。潜艇航行得越快,这些阻力就会越大。

  可是,当潜艇钻到水下航行时,空气阻力和兴波阻力对它就起不了什么作用,只剩下摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力在阻挡着潜艇的前进。

  不可小看的兴波阻力

  船舶航行时,船头会在水面上掀起一道V字形的波浪,这道波浪会阻碍船的航行,这就是兴波阻力。

  可别小看兴波阻力,它不仅和船的长度、类型,还有航行方式有关系,还和航行速度密切相关。船跑得越快,兴波阻力就越大,当船舶高速航行时,兴波阻力竟然能占到总阻力的50%左右呢。

  速度阻力大PK

  这么说,潜艇在水下航行时就是因为少了兴波阻力,才跑得比在水面上快?问题可没有这么简单,这还得看潜艇的航行有没有达到一定的速度。

  当潜艇在水面上用很低的速度航行时,那五大阻力都比较小。而当潜艇钻到水下依然用很低的速度航行时,虽然没有了空气阻力和兴波阻力的捣乱,可是摩擦阻力和突出体阻力却会变大,所以潜艇受到的总阻力还是要比在水面上大。

  所以,潜艇如果低速航行的话,在水下的速度会比在水面上的速度低。

  “扎猛子”游得快

  可是,当潜艇高速航行时,情况就不同了。在水面上,随着航行速度的增加,兴波阻力也会大大增加,这时潜艇受到的总阻力就会比在水下高速航行时要大。据计算,当潜艇达到一定的高速度时,它在水面上受到总阻力甚至是在水下的2倍呢。

  小链接:在1956年以前的奥运会上,蛙泳比赛规则允许运动员采用潜水的方式游泳。由于潜泳时水的阻力小,游泳速度快,所以到1956年第16届奥运会时,几乎所有的男子蛙泳运动员都采用了潜水的方式,蛙泳比赛简直变成了潜水比赛。因此,第16届奥运会后,国际泳联重新修订了比赛规则,禁止潜泳。

  早期潜艇不“圆滑”

  可为什么二战时期的潜艇,在航行时总是浮出水面呢?这是因为早期的潜艇在外形上还保留着许多水面舰船的特点,比如船体上部还设有甲板和舰炮。这种潜艇一旦到了水下,尽管没有了兴波阻力,但是因为它的突出体阻力增大得太多,所以在水下航行的速度反而被拖慢了。

  现代潜艇的外形一般都被设计成水滴形,而且除了舰桥以外,船体上几乎没有什么突出物。这样做的目的,是使潜艇在水中航行时受到的突出体阻力最小。可是,“圆滑”的外形并不能让潜艇摆脱兴波阻力的困扰,只要潜艇一浮上水面,兴波阻力就会跑到潜艇前面阻挡,所以现代潜艇即使不是处于作战状态,也总是潜入水下航行。

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