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中华学生百科全书-第238部分
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总是按木板纹理一块横，一块直交错重叠胶合起来的，使薄板相互牵制，不
易翘曲或折断。如果采用双层数，虽然是一横一直的排置，可是最外两层薄
板纹理不一致，就会出来一面的木板朝里收缩，另一面的木板朝横收缩，结
果胶合板两面的大小就不同了；而且，由于外面两层木板的纹理方向不同，
对中间层的制约作用也会失去，因此胶合板都是单数层。
神奇的浮力
在自然界，我们经常可以看到一些司空见惯的现象，但有时并没有想过
造成这种现象的原因。例如当被问到船只在海里沉没时，最终会停止在何处？
这与海水的深度有关吗？大家一定回答是沉入海底。但是为什么会这样呢？
有人会说是由于重力的作用。而听了下面的解释，你又会怎么想呢？你认为
这种说法对吗？
由阿基米德的浮力原理可知道，物体的飘浮性决定于客观存在的平均密
度，而不是它的重量。如果物体的平均密度比液体的密度大，那么它就下沉；
密度相同时，物体就可悬浮在液体中。深处的水由于受到上面水的重压，密
度会增加，海水越深，密度越大，那末到了相当的深处，海水的密度一定就
可以达到与船的平均密度相等。假使船沉到此处，就不会再沉下去，因为再
沉去就会碰到密度更大的海水，而被推上来了。因此，沉船会悬浮在相当深
的海水里，而不一定沉到海底。
好象结论很正确，因为海洋深处的压强是非常巨大。在海洋中深度每增
加 10 米，每平方厘米就增加 10．094 牛顿的压力，这相当于 1 标准大气压。
在许多地方，海洋的深度有好几千米，那里的大气压强是非常巨大的。有的
海员常和没有经验的旅客开玩笑，用很长的绳子把一塞紧瓶塞的空瓶子系上
重物沉入很深的海里。当把瓶子提上来时，里面竟装满了海水 1 旅客很惊讶，
因为瓶塞仍在上面紧紧地塞着。其实，这是海水的压强在作怪。当瓶子下沉
时，深水中的高压把瓶塞压入瓶中，使瓶子装满水；瓶子提上来时，由于压
力减小水膨胀而把瓶塞推回原处。
现在我们再回到原来的沉船问题上。虽然海洋深处有着巨大的压强，但
是水象所有液体一样，几乎不能被压缩。也就是说，无论多大的压强，总不
能把水压得比它原来体积小很多。1 大气压只能使水的体积缩小 1／22000。就
是在最深的海洋下，水的密度也增加不到 5％，不可能增加到与船的密度一
样大，所以船在一般海里沉没时，毫无疑问地都会沉到海底。
但对一些内陆的特殊海来讲，则是另外一种情况。例如死海，它的海水
密度很高，平常的海水约含盐 2％或 3％，而死海里水的含盐量高达 27％以
上。就是说有 1／4 的重量是盐，所以那里的海水的浮力很大，人和船都不会
沉没于水中。如果人在死海中游泳，绝对淹不死。你可以仰躺在水面上；甚
至，完全可以抬起头来，让身体在水面上浮着，只有脚跟浸入水中。因此与
其说是在水里游泳，还不如说是在水面上“游泳”。
我们如果仔细观察船舷，会发现它们上面都画了若干条横线——吃水
线。它表示船在各种密度的水里，满载时的最大吃水深度，超过此线，船就
可能下沉。在不同的海洋中，水的密度不同。吃水线在咸水里比较低，在淡
水里比较高。这些吃水线的位置实际上也与浮力有关，因为船浸入水的深度
决定于液体的密度。即当船上装着同样的货物，在海水里行驶，船就浮得高
些，而行驶到大河等有淡水的地方，就会浮得低点。实际上每一条船都能够
用来测量海洋中水的密度。
液体的密度能不能用简单的办法来测量呢？回答是肯定的，可以使用密
度计。它是一种测量液体密度的仪器，像船上的吃水线一样，密度计上不同
的刻度值表示了不同液体的密度值。在使用密度计时，只要把它插入液体，
它就会竖直地浮在液体中，液面所对应的刻度值就是该液体的密度值。
密度计实际上是根据沉浮原理制造的。如果物体平均密度大于液体的密
度，那么物体就要浮起来。待测量的液体密度越大，被密度计排开的液体就
越少，密度计浸在液体里的深度也就越浅些，即液体密度越大，密度计浮起
的越高。
最后我们再看一个有趣的问题，它的答案是许多人意想不到的。经常有
人开玩笑问：一吨铁重还是一吨木头重？有些人会想也不想地说一吨铁重，
结果引起周围人的哈哈大笑，他忘记了都是一吨重。
但是要是有人回答一吨木头重的话，那么周围的人一定会笑得更厉害，
认为这个人比第一个人更笨。可是这个看似荒谬的回答，实际上非常正确。
这是什么原因呢？原来阿基米德原理不但对液体适用，对气体也同样适
用。因此一个物体的真正重量，应该是它在真空中称出的重量。可是我们平
常所说的重量，都是在空气里称出来的。既然是在空气里称出的，就要受到
空气浮力的作用。如果 F 表示空气浮力，P 表示物体的重力，所以在空气中
物体称出的重量是 T＝P…F，方向向下。因而要求出物体的真正重量 P，就应该
把空气的浮力也加上去。在这个问题里，木头的真正重量，应等于在空气中
一吨木头的重量再加上木头所排开的空气的重量；而铁的真正重量则是在空
气中一吨铁的重量再加上铁所排开的空气的重量。
但是，一吨木头所占的体积大约是一吨铁的 16 倍，一吨木头的体积约占
2 立方米，而一吨铁约占 1／8 立方米。我们知道空气的重量是每立方米 1．29
公斤，所以木头和铁所排开的空气重量分别为 2．58 公斤和 0．16 公斤，两者
相差约 2．42 公斤！也就是一吨木头比一吨铁重 2．42 公斤。确切地说，在空
气里重一吨的木头的真正重量，比在空气里重一吨的铁的真正重量重。
因此对于这个问题，正确的答案应是：如果是在空气中称它们，然后在
真空中比较的话，一吨木头重。可见弄清在什么条件下称重量，以及在什么
条件下进行比较，对于得出正确的答案来说是相当重要的。
潜水艇的奥秘
很久以前，人们就设想在茫茫大海中，从水下隐蔽地袭击敌方的舰艇。
18 世纪 30 年代，世界上制成了第一艘潜水艇，由于性能差，没能用于海战。
到 20 世纪初，才出现了设备比较完善的潜水艇。第二次世界大战中，潜水艇
发挥了巨大的作用，各国仅被它击沉的舰船就达到了 4210 艘！潜水艇能够象
鱼一样，可在水面上航行，也可以沉到海洋深处潜伏前进。而普通的船，只
能在水面上航行。
这是为什么呢？原来潜水艇上有一些被称为“水舱”的舱体。当潜水艇
需要下沉时，就打开阀门，让海水注入水舱，使潜艇重量逐渐增加而渐渐下
沉。当需要让潜水艇处于水中某一深度行进时，只需让水舱注入适当量的海
水就行了。如果需要潜水艇上浮，就用机器把大量压缩空气注入水舱，排出
舱中海水，减轻艇的重量，潜水艇就会迅速浮出水面。
这实际上是阿基米德原理的应用。原理告诉我们：浸在液体中的物体受
到一个向上的浮力，它的大小等于物体所排开的液体受到的重力。所以，水
舱储藏水量的多少是潜水艇上浮、下沉、保持深度的一个重要因素。
潜水艇不是一般的舰艇，主要是在水下进行战斗活动，靠水下隐蔽来发
挥它的攻击威力。它除了能在一定深度的水中航行外，还应该能够潜伏在水
下一定深度不动，给敌人以出奇不意的攻击。但是当潜艇所处深度的水的密
度发生变化时，它就不能保持稳定。虽然潜艇可以通过做一些小的调整来对
付这一变化，但是这种调整是不现实的，因为潜水艇的一些细微动作，都可
能被敌方侦察到，所以有了一个问题：应该如何使潜水艇保持其稳定状态呢？
要使潜水艇在水中能维持稳定，海水密度应随深度的增加而增加。这时
若潜水艇稍微上移，有一向下的合力，使它又回到原来的深度；若潜水艇稍
微下移，有一向上的合力，也要使它回到原处。海水密度与水温成反比，与
含盐量成正比，而后二者都随水深的增加而下降。故在 25～200 米水深处，
潜水艇能找到一些区域（称为温跃区），其水温会随着水的深度的增加而急
速下降，从而抵消含盐量的下降，从而提供了保持稳定性的条件，使潜水艇
能够在这些区域潜伏不动。
阿基米德原理在航海、航空及其生产建设与日常生活中，都有着广泛的
应用。人类很早就能利用浮力了，最初只是无意识地应用它，后来人们有意
识地分析、研究自然界中的现象，得出各种理论，反过来又能指导生产出各
种产品，服务于人类。比如，从井中打一桶水。当桶还在水中时，好像向上
提并不费力，但桶露出水面后，就感到很重。这就是因为浮力作怪。桶在水
中除受到向上的拉力和向下的重力作用外，还受到向上的浮力作用，所以人
感到一桶水很“轻”；而桶露出水面后，浮力就开始减小，直到最后完全消
失。
破冰船正是以类似的方式工作的。当在极地区域航行时，往往会遇到巨
大冰块阻止船前进。这时就需有像破冰船一类构造的船才能继续前进。另外，
当严冬降临时，北方的港口和海面常常发生冰封，阻塞航道。为了便于船舶
出入港口，常需破冰船进行破冰。破冰船凭借着强大的发动机，可使其向上
倾斜的船头爬上冰面。船首露出冰面后，把它的整个重量全压在冰上，这样
就能毫不费劲地把冰压碎。为了增加船头的重量，在船头还装上专门的水舱，
必要时注满水。如果冰层较厚，破冰船往往要后退一段距离，然后再向前猛
冲。一次不行，就反复冲，直到把冰层冲破。破冰船就是这样不断前进，在
冰上开出一条通道来的。
在波涛汹涌的大海上，每年总会沉没大大小小的船只，它们堵塞航道，
对船舶航行造成极大的威胁。另外在一些极有价值的古代沉船上，宝藏极为
丰富。因此，打捞沉船成为必要。沉船的打捞方法多种多样，但原理几乎都
是利用浮力。象广泛使用的浮筒打捞法，就是把一些浮筒注满水后沉放排列
在沉船的两舷，然后将钢绳套在浮筒的桩头上，开动机器，向浮筒中充压缩
空气，使浮筒内的水排出，浮筒受到的浮力就可将沉船抬出水面。
同液体有浮力一样，空气也有浮力。气球和飞艇就是利用空气的浮力升
入空中的。不过航空上把这种浮力称为升力。
中国很久以前就发明了一种松脂灯，用竹篾和纸糊成灯笼，灯下部放一
块燃烧着的松脂。当灯笼内空气被加热后，体积膨胀，跑掉一部分热空气，
使灯外的空气对它产生了升力，这样灯笼就可飞上高空，用作军事信号。这
也是最原始的热气球。
气球和飞艇的主要组成部分是气囊。气囊内充有密度比空气小的气体，
如热气、氢气或氦气。如果气球或飞艇自重加上所载物体的重量小于气囊排
开的空气重量，即小于受到的升力，气球或飞艇就会升入空中。由于高空中
空气越来越稀薄，密度在减小，所以气球或飞艇所受的升力等于它受到的重
力，就不再上升而停在某一高度漂浮。当需要降落时，只需放出气囊中的部
分气体就行。
气球和飞艇有着多种用途。气球用于气象和天文观测，进行各种科学试
验、转播电视节目和进行通讯等。气球只能随风漂游，不能按照预定的航线
飞行，而飞艇上装有发动机，可以控制飞艇的飞行方向和速度，所以它可用
来进行空中运输、地质考察和治安防卫等。
在医学上，浮力还有一个特殊的用途——水疗法。如果病人的四肢肌肉
或关节有病、受伤，医生可以让他浸在水中，利用身体受到的浮力作用，使
病人只要用很小的力，就能使四肢活动，进行治疗。
浮力还有许多用途，如农业生产上用盐水选种及港口气体防浪堤的建造
等等。
蜡烛的精神
一根蜡烛长 18 厘米，质量 59 克，密度 0．9 克／厘米 ，如果把蜡烛竖直
3
放在水中，保持它稳定不倒，必然有一部分浮出水面。这样，蜡烛仍然可以
点燃发光。随着蜡烛烧去一部分，原来沉没在水下部分的蜡烛，它所产生的
浮力就会大于蜡烛的重量，于是浮力使蜡烛继续浮出水面。问蜡烛何时被水
淹灭，蜡烛灭时还剩多少厘米？
答：由于蜡烛的密度为 0．9 克／厘米 ，所以蜡烛浮出水面的长度是总长
3
的 1／10，在水中部分的长度为总长的 9／10，这样才能使蜡烛的重量和水对它
的浮力平衡。
上述关系在蜡烛的燃烧过程中仍然成立，也就是说，当蜡烛烧去一截以
后，它浮出水面的长度仍旧是目前总长度的 1／10。由此推论，蜡烛自始至终
浮出水面 1／10 的长度。只要水面非常平稳，这种发展将无穷无尽，最后可以
认为蜡烛会全部烧完。
到此为止，使人感到蜡烛的精神确实可贵，不仅在空气中，就是浮在水
上，也是“蜡炬成灰泪始干”。
蜡烛的立场
随之而来，我们会发现又一个问题：为什么把蜡烛竖直放在水中会非常
1
难？它往往一侧身，就横着躺在水面上。尽管这时它仍然浮出水面10的体
积，可是无法点燃，也就不能无私奉献了。请你解释一下，它为什么会站不
稳？
L
答：蜡烛的重心O在 位置，重力G向下可以看做是作用在O点上。蜡
2
烛的浮力 F 向上，作用在蜡烛役在水中部分的中点 P 的位置。G 和 F 大小相
等、方向相反，分别作用在 O 点和 P 点。这种作用方式是不稳定的，只要稍
微受到一点外界干扰，产生力矩，使蜡烛旋转，直到横浮在水面，使浮力的
作用点 P 移动直到接近 O 点。
由此可见，蜡烛的立场很重要。只有站得稳，它才能无私地燃烧自己，
放出光和热。
神奇的表面张力
在日常生活中，我们对见到的一些现象可能已经习以为常，认为它们理
应如此，但是为什么会这样，就没有过多地去想了。比如，下过雨后，我们
可以见到树叶、草上的小水珠都接近于球形；不小心打碎了体温计后，里面
的水银掉到地上，小水银滴也呈球形。另外我们也可以表演一个小魔术，在
一杯水里，小心地把一枚针水平放置在水面上，针浮在水面上而不沉于杯，
并且在针下面的水面上形成一个凹面。如果做得相当熟练，你甚至可以用钮
扣、小巧的平面形金属或硬币来代替针。所有这些现象都与表面张力有关。
那么，什么是表面张力呢？原来液体与气体相接触时，会形成一个表面
层，在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力，它能使液面自动收
缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分
子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面
层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。
我们知道，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。因此，在表面
张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的树叶上的水滴按
近球形的原因。
表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。表面
张力仅仅与液体的性质和温度有关。一般情况下，温度越高，表面张力就越
小。另外杂质也会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面
张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小，也就是说，洁净水表面具有
更大的收缩趋势。
不光液体与气体之间的表面层，液体与固体器壁之间也存在着“表面
层”，这一液体薄层通常叫做附着层，它也一样存在着表面张力。这一表面
张力决定了液体和固体接触时，会出现两种现象：不浸润和浸润现象。水银
掉到玻璃上，是呈现出球形，也就是说，水银与玻璃的接触面具有收缩趋势，
这种现象为不浸润。而水滴掉到玻璃上，是慢慢地沿玻璃散开，接触面有扩
大趋势，这种现象为浸润。水银虽然不能浸润玻璃，但是用稀硫酸把锌板擦
干净后，再在板上滴上水银，我们将会看到，水银慢慢地沿锌板散开，而不
再呈球形。所以说，同一种液体能够浸润某些固体，而不能浸润另一些固体。
水银能浸润锌，而不能浸润玻璃；水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡。
浸润和不浸润两种现象，决定了液体与固体器壁接触处形成两种不同形
状：凹形和凸形。
现在我们就明白了前面介绍的小魔术中，硬币不沉没的原因了，它实际
上利用了水具有很大的表面张力的性质和不浸润现象。如果我们事先把硬币
表面涂上一层油，硬币就可以轻易放在水面上而不会沉没。在工程技术和日
常生活中，人们经常利用水不溶解油这一特性。像在纸伞上涂油漆做成雨伞；
给金属器材涂机油，防止因水引起生锈；甚至在选矿方法中，也用到水不浸
润涂了油的物体的性质。浮选矿法就是把砸碎的矿石放到池中，池里放上水
和只浸润有用矿物的油，使它们涂上薄薄一层油，再向池中输送空气，这样
气泡就附在有用矿物粒上，把它们带到水面，而与岩石等杂质分离开。
表面张力产生的一个重要现象是毛细现象。也就是说浸润液体在细管里
上升，不浸润液体在管里下降。我们可以很容易做一个小试验来观察这种现
象。把细玻璃管放入盛水的槽中，这时水很快从细玻璃管中上升，管中的水
平面比水槽中水平面还要高，管子越细，上升越高，并且管中水面是凹形的。
若水槽中放的是水银，情况则恰恰相反，管中液面低于水槽中水银的平面。
浸润液体为什么能在毛细管中上升呢？原来，浸润液体与毛细管内壁接
触时，引起液面凹形，而表面张力是沿着液面切向作用的，所以沿着管壁作
用的表面张力形成一个向上的合力，使得管内液体上升，直到表面张力的向
上拉引作用和管内升高的液柱重量相等为止。同样的道理，对不浸润液体，
毛细管壁的表面张力的合力方向向下，使管内液体下降。
我们平常所见到的用毛巾擦汗、粉笔吸干纸上墨水等现象都可用毛细现
象来说明，毛巾、棉花、粉笔、土壤等物体，内部有许多小细孔，起着毛细
管作用。在酒精中，用棉线作灯芯，可以使酒精沿灯芯上升；而若用丝线来
作灯芯，可能点不着酒精灯。这是因为酒精不能浸润丝线，在丝线灯芯中酒
精是下降的。
毛细现象对植物生长也具有很重要的意义，它们所需要的养分和水分就
是由根、叶子和茎中的小管从土壤中吸上来，输送到绿叶里的。这就象不停
止的抽水机，不知疲倦地把水分、养分送到植物的每一个细胞。另外，土壤
中有很多毛细管，地下的水分沿着这些毛细管上升到地面蒸发掉。如果要保
存地下的水分来供植物吸收，就应当锄松表面的土壤，切断这些毛细管，减
少水分的蒸发。所以农民常在雨后给庄稼松土，来保持水分。
利用毛细现象，人们还生产出各种钢笔、签字笔和彩色水笔。当用它们
在纸上书写时，纸马上显现出字迹来，这是我们平日所见惯了的，但却很少
有人想到，为什么写字的时候，墨水会源源不断地出来，而不写字的时候，
它就不跑出来？现在我们已经知道，这是依靠钢笔身上一系列毛细槽和笔尖
上的细缝，把笔胆内的墨水输送到笔尖；而签字笔和彩色水笔的笔尖是与一
根细长的管子相连，管内壁有吸满了墨水的棉卷，有的彩色水笔笔尖也是用
含多个毛细孔的材料做的。写字时，笔尖一碰到纸，墨水就附着在纸上，并
在纸上面留下字迹。
当不写字的时候，墨水为什么不流出呢？我们仍可做另一实验来解释。
把一块硬纸板盖在盛上水的玻璃杯上（杯内不必装满水），按住纸板，迅速
将杯子倒过来，并把手从硬纸板上移开。此时，发生一奇怪现象：硬纸板停
在原处，水仍留在杯内不流出来。难道一杯水的重量推不动一张纸吗？不是
的。这是由于大气压强与水的表面张力共同作用的结果。当把玻璃杯倒置后，
水柱有些下降，这就减小了杯内的气压，水柱顶部与底部之间的压力差克服
了水柱本身的重量而使杯内的水流不出来；水与纸片和水与玻璃之间的表面
张力也使纸板保持在原来的位置上。不写字的时候，笔内的墨水不流出来的
道理也是一样的。
表面张力的用途远不止以上所谈到的这些，在生物学、医学及微循环系
统中，它也有着广泛的应用；玩具制造厂也常利用它生产出各种有趣的玩具。
伽利略的思考
著名的意大利物理学家、天文学家、数学家伽利略，从小就喜欢观察和
思考。在他 18 岁那年，有一次到教堂去做礼拜。他注意到屋顶�
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