🎯 欢迎来到船舶设计工坊
在这个游戏中,你将扮演一名小小造船工程师,从零开始设计一艘小船。你需要考虑多种科学因素,最终测试你的小船能否成功航行!
📖 你知道吗?
船能浮在水面上,是因为阿基米德原理——浸在液体中的物体会受到向上的浮力,浮力等于物体排开液体的重力。当浮力≥船的总重力时,船就能浮起来!设计一艘好船需要综合考虑形状、材料、大小、载重、稳定性和动力等多个因素。
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📐 第一步:选择船的大小
船的大小直接影响排水量和载重能力。大船排水量大、能装更多货物,但也更重、需要更强的动力。
💡 科学小知识:排水量是指船放入水中后排开水的重量。根据阿基米德原理,排水量越大,浮力越大。
🔷 第二步:选择船底形状
船底的形状决定了船在水中的表现。不同形状在速度、稳定性和载重方面各有优劣。
💡 科学小知识:V形船底可以"切开"水面,减少阻力,所以跑得快;平底船接触水面面积大,稳定性好但速度慢。
🧱 第三步:选择船体材料
材料决定船的重量、耐用性和防水性。理想的材料要轻便、坚固、防水。
🔬 材料科学
密度是材料的关键指标。密度比水(1 g/cm³)小的材料(如木头)天然能浮在水上。钢铁虽然密度大,但做成中空的船体结构后,整体密度可以小于水,所以钢铁船也能浮起来!
📦 第四步:设置载重
每艘船都有最大载重量。超过极限船就会沉没!你打算让小船装多少货物?
💡 科学小知识:载重过多会让船吃水线(船体浸入水的深度)加深。当吃水线超过船的高度,水就会涌入船内导致沉没。
⚖️ 第五步:稳固性设计
船的稳固性决定了它在风浪中是否容易翻倒。选择合适的稳固性增强方案。
⚖️ 重心与稳定性
船的稳定性取决于重心的位置。重心越低,船越稳定。这就是为什么很多船底部会放置压舱物(如沙袋或铁块),降低重心来防止翻覆。另外,船越宽,稳定性通常也越好。
⚡ 第六步:选择动力系统
动力系统提供船前进的推力。不同的动力系统适合不同的场景。
💡 科学小知识:船在水中前进需要克服水的阻力。根据牛顿第三定律,螺旋桨向后推水,水就会给船一个向前的反作用力,推动船前进。
📋 设计总览
检查你的设计方案,准备好就下水测试吧!