水面上的小气泡是什么（鼻涕泡与潜水艇）

科学作为我的兴趣爱好持续了几十年，仍然如刚接触那般热爱。科学最让我痴迷的地方，是那些日常生活中最常见的现象、甚至是看上去毫不相关的现象，背后竟然有相同的科学原理，发现它们的过程，让我乐此不疲。这里我就来分享一下隐藏在气泡中的科学秘密。

气泡是日常生活中最常见的东西，只要我们稍加留意，就会发现它们无处不在，海边的浪花、馒头、面包、啤酒、洗澡盆、打嗝、放屁、鼻涕泡……

一般人可能不会想到鼻涕泡会影响一种生物的生存方式，这就是在全世界温暖海域中非常常见的紫螺。与大多数海螺生活在海底不同，紫螺可以在海面上浮游生活。

古希腊数学家阿基米德发现的液体浮力定律是我们今天大部分水面船只能够漂浮在水面上的原理，这个原理同样适用于生活在水中的所有生物，也包括任何物体。

阿基米德定律指出，浸没在液体中的物体所受到的浮力的大小等于其排开的液体的重量，并且浮力通过液体的形心。

对于大多数的海螺来说，它们的比重要大于海水的比重，所以它们所受到的浮力不能把它们送到海面上。但是紫螺则不同，这种色彩鲜艳的小动物可以分泌出黏液，凭借着它们发达的斧足搅拌黏液，可以将空气裹入其中形成“孵囊”。

紫螺就是利用自己建造的气泡筏，来确保自身的总密度始终小于海水的密度。所以紫螺总是倒悬着漂浮在海面上，捕食路过的水母。

生活在水中的硬骨鱼类大多数拥有比紫螺更完善的调节装置“鱼鳔”，这是一种主要由胶原蛋白组成的器官，具有很大的弹性，其形状有卵圆形、圆锥形、心脏形、马蹄形等等，主要与鱼的种类有关。

鱼类通过调节鱼鳔中气体的量来改变鱼自身的比重，这样鱼就可以自由地上浮和下沉。鱼鳔的另外一个作用是可以作为鱼类的辅助性呼吸器官，为鱼提供氧气，真是一个一物多用的绝妙设计。

浮力可以帮我们做很多事情，除了可以用钢铁制造能够漂浮在海面上的船舶，也可以在日常生活中给我们解决一些很麻烦的事情。比如判断冰箱中的鸡蛋哪些是更新鲜的，哪些黄豆或者米是陈的。

鸡蛋的例子可能更实用一些。新鲜的鸡蛋其密度大于水，所以在冷水中，它平躺着会沉到水底；但是在冰箱中放了几天之后，鸡蛋会慢慢失去水分，空气会进入鸡蛋大头的气囊当中。虽然陈鸡蛋放入冷水中也会沉底，但是，它们会大头向上竖直立在水中。如果陈鸡蛋已经能够漂浮在水面上，那么还是趁早吃了吧，不适宜继续放置了。

有了前面这些例子，可以很容易就想到，如果我们能够随意控制自身携带的气体量和这些气体占据的空间，那么我们就能随心所欲地选择上浮还是下沉，就像紫螺和鱼做到的那样。

与硬骨鱼和紫螺不同，人类制造的潜水艇是一个非常大的固体，这跟鸡蛋有些类似，不能随意改变自身的体积大小。为了调节自身的比重，潜艇依靠改变的自身重量来实现这个目标。

在潜艇中，有多个蓄水舱。当潜艇要下潜时就往蓄水舱中注水，使潜艇重量增加超过它的排开水的重量，潜艇就下潜。上浮时，就会使用潜艇中存储的压缩气体，迫使蓄水舱中的水排出，使潜艇的重量小于它排开水的重量。当水舱中水的体积不发生变化时，潜水艇在水下某一深处处于悬浮状态。

蛟龙号深海潜水器是我们中国人的骄傲，这不仅仅是因为它是世界上所有的潜水器中，除了美国之外，第二个到达海面7000米以下的潜水器，更是因为，它可以体现出我们国家在材料、控制、海洋学等领域的综合科技实力。

与潜水艇相比，深海潜水器采用相同的下潜方法，都是向空气舱中注入海水，但上浮的方法则不同。深海潜水器由于下潜更深、水压更大，压缩空气不足以逼出空气舱中的海水。水下5000米的压力相当于500个大气压，也就是相当于在1平方米的面积压上5000吨重量。

深海潜水器采用抛弃压载铁的办法实现上浮。深海潜水器一般是通过电磁铁控制压载铁，所以万一深海潜水器失去动力，电磁铁失效，压载铁会在重力的作用下自动脱离潜水器，使潜水器上浮。

“蛟龙”号在安全方面的设计不仅包括扔掉所携带的压载铁，还包括抛弃蓄电池箱和采样篮等重物，如被海草缠住就可以“壮士断腕”抛弃机械手，报警系统还可以发射浮标到海面，寻求母船救援。

今天跟大家聊的关于浮力的问题，可能有些简单，但是我们在掌握这个科学原理的同时，更需要从这个简单的浮力定律把握住科学的一个重要特点，即，科学原理并不关心有什么实用性，它反映的是自然界中普遍存在着的规律，而不论最后应用的方法和角度是怎么样的，都要符合这个原理的规定，如果有不符合原理的现象出现，我们才可以说，这个原理要么是错了，要么需要被修正。

如今，我们地球上所有生活在水中的生物，以及我们人类的水中设备，包括在空气中的物体，都符合阿基米德定律，这无疑证明了，这条来自2000多年前的定律是值得被信任的科学道理。