图版 34 · 物质

钢铁做的船为什么能浮起来

一颗钢螺丝掉进水里，马上沉底。可是用几千吨钢造成的货船，却能再装上一万多吨货，稳稳地浮在海上。钢还是那些钢，变的是它的形状。

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01

同样多的钢

这艘货船长 140 米，空船约重 6000 吨，大部分是钢。如果把这么重的钢熔成一个实心的方块，它每边只有大约 9 米。

把方块放进海里，它直接沉到海底；而造成船形的同样多的钢，却浮在水面上。

同样 6000 吨钢 · 一个方块，一艘空船

02

东西浸进水里，就会把一部分水挤开。水越深，压力越大：东西的底部比顶部深，水从下往上推的力，比从上往下压的力更大，两者一抵，就剩下一个向上的托力。托力有多大？正好等于被挤开的那些水的重量。这是两千多年前阿基米德发现的。

钢方块只挤开约 760 立方米的水，那些海水只重约 780 吨，托不住 6000 吨钢。船身里面大部分是空的，船底只要沉下去 2.7 米左右，挤开的海水就有 6000 吨重，正好托住整艘船。

03

往船上装货，船就往下沉一些，多挤开一些水，托力也跟着变大，直到又一次托住全部重量。

这艘船装下 1 万吨货，吃水约 7.2 米；要装 1.8 万多吨，海水才会漫到甲板。真正的货船远远不会装那么满，船身上画着一条线，水面不许超过它。

04

海水里溶着盐，每立方米比淡水重约 25 千克。同样的船挤开同样重的水，在淡水里要多沉下去一点：大约深 2.5%。

所以船身上的载重线不止一条：淡水一条，海水一条，热带和冬季的海也各有一条。最早的记号以英国议员普利姆索尔命名，叫普利姆索尔标志：1876 年英国立法要求货船画上它，后来改由政府规定画在哪里；1930 年有了国际公约，如今通行全世界。

载重线：TF 热带淡水 · F 淡水 · T 热带海水 · S 夏季海水 · W 冬季海水

05

往船上装货，看船沉下去多深；再换成河水、海水或死海的水，看同样的船浮得多高。装太多，船就会沉没。

试一试装 17000 吨货，从河水换到死海，船浮高了多少？

船体当作一个上下一样粗的箱形，水下部分占外框体积的 70%；真实的船头尖、船底圆，吃水和载重的关系会稍有不同。船还必须保持平衡不翻，这取决于重心高低，这里没有计算。死海的水密度取约 1240 千克每立方米，实际随季节和深度变化。

“重的东西沉，轻的东西浮”不对。万吨巨轮比一颗石子重得多，却浮着。决定浮沉的，是东西的重量能不能被它挤开的水托住；也就是说，要看整个东西（连同里面的空气）平均起来，是不是比同样大小的一块水轻。