【見多識廣】打火機的點火原理，對潛艇來說竟如此重要

你知道嗎，打火機上的點火按鈕，原理和煤氣灶點火開關，炮彈觸發引信，還有核潛艇的重要裝置是一樣的。

我們先從核潛艇講起。

人類最遠的通訊距離是飛出太陽系的旅行者一號，目前距離地球206億公里（截止16年12月5日）；最遠的探測距離，則是那些數十億光年外的星系。

而核潛艇，動輒十幾億美元，它們在深海，能“看到”的距離，以及互相之間的通訊距離卻是以米來計算的。

用“鼠目寸光”已遠不足以形容潛艇在海中的短視，跟陸地上的電磁波探測一對比，海中的潛艇是貨真價實的“瞎子”。

很多人納悶的是，人類已進入21世紀，為什麼水下探測和水下通訊還是那麼原始和落後？用某種特殊頻段的電磁波不行嗎？為何還像蝙蝠一樣，非得用聲波？

為什麼要用聲波

一個事實顯而易見，在一片很清澈的大海，陽光最多也就能照射到海面往下200米處，這是一個分界線，往下，浮游植物因沒有足夠陽光進行光合作用，故200水深以下大多沒有植物存在。若是在一片汙染嚴重的海域，陽光也就到達水下1米左右。

你可以回憶一下，游泳時，你在水下能看到多遠的距離？

光是電磁波的一種，如果光在水中的穿透性如此差，那麼其他電磁波，比如各種雷達波，它們也好不到那裡去。

因此，非常可惜，雖然人類可以用雷達探測幾千公里外飛行的彈道導彈，用天文望遠鏡觀測十幾億光年外的星系，但這些技術統統在海中都不好使。

所以，我們才說：我們對月球表面的瞭解，比我們對自己星球深海的瞭解還要多！

我們對太陽內部的瞭解，遠比我們對地球內部的瞭解還要多得多！

既然各種無線電探測在海下不能用，那麼其他黑科技呢？

中微子能穿透地球，用它通訊和探測，如何？很遺憾，外星人還沒有教過我們。

水下量子通訊呢？也許快了，外星人正從半人馬座進擊到地球的路上。

聲吶專家告訴我們，目前，在水下，我們唯一能依靠的就是聲波，像蝙蝠一樣！

1枚不到2公斤的普通小炸彈在水中爆炸，聲波可傳輸4200公里以上（動圖中的爆炸為鞭炮在水中的爆炸，可以看到，形成的大“氣球”迅速被水壓弄回原形。）

聲吶原理

說到聲音，我們就熟悉了。潛艇上的被動聲吶就相當於我們的耳朵，而主動聲吶有點兒類似於嘴與耳朵的結合，閉著眼睛喊一聲，兩秒後聽到迴音，於是你就可以說了，“據老夫判斷，340米處有一大山。”

潛艇中的主動聲吶當然不能靠喊，它靠電。你說，那萬一停電了呢，或者是主動聲吶壞了，喊可以嗎？可以嗎？

這個……其實還有更好的辦法。

敲潛艇……

這種敲擊潛艇的方式在電影中見過，現實中有沒有用過不可考，只知道，各國曾用手榴彈在水中的爆炸，從而向水下潛艇傳遞資訊。

聲波是核潛艇在水下的唯一依靠，它如此重要，我們有必要來了解一下聲吶的原理，實際上，它比我們想象的還要有趣。

完全可以說，聲吶上用到的原理每個人都會用到，而很多老菸民一天得用十幾二十次，只是大家都沒有意識到。

往下按，產生電火花。

壓電點火器

不少人以為，打火機中那黑黑的一坨是電池，儲存著電力，其實不然。它是一種壓電陶瓷，依靠你拇指的機械壓力產生電壓，從而引發點火花。這意味著，打火機中的點火器可以不必扔掉，即使存放多年，它依然還能工作，因為它不是電池。

1880年，皮埃爾·居里和雅克·居里兩兄弟發現了壓電效應。

可以想見，這兩兄弟當時遠不會想到，他們的發現未來將會走進千家萬戶的煤氣灶點火開關上，菸民的手上，炮彈觸發引信以及大海中價值十幾億美元的核潛艇上。

也可以想見，那時的大眾，對於壓電效應的發現並沒有多少關注。科學研究從來都是——前人默默栽樹，後人痛快乘涼。

壓電效應示意圖@Tizeff

如上圖所示，在一塊壓電材料中施加壓力，就會產生電流。這是機械能轉換為電能的過程。

壓電材料有多種，其中一種是壓電陶瓷，它很靈敏，一點點微小的壓力都會產生電壓，這下就好辦了，壓力的大小也許難以量化，但是電壓的變化卻可以非常之精確。

而聲波就是壓力——聲壓。敵方潛艇螺旋槳的嗡嗡轉動聲，產生聲壓，觸碰到我方潛艇的壓電陶瓷上，這個起伏不定的聲壓就會轉化為起伏不定的電壓，於是就能聽見對方潛艇的大概方位了。

反過來，主動聲吶則是要發出聲波，怎麼發出呢？很簡單，還是以壓電陶瓷來舉例，既然聲壓會帶來電壓，那麼反過來，在壓電陶瓷上施加一個電場，壓電陶瓷豈不是就會產生形變？就是這麼回事，材料的快速形變就是聲音了。

想要什麼頻率的聲音，比如次聲波、聲波，還是超聲波，這取決於我們所施加的電場，這就是主動聲吶。當然，除了用變換的電場可以讓材料產生形變外，磁場也可以，這就是磁致伸縮效應。

潛艇相撞

不過，雖然然有了探海神器——聲吶，但核潛艇卻不會輕易使用主動聲吶。

是這樣的，核潛艇如果沒有隱蔽的優勢，那麼它也就失去很大一部分價值了，你雖躲在深海，卻隨時被敵方知曉位置，要你幹嘛？一艘驅逐艦不就可以代替你了嗎？

本是個黑夜殺手，卻在夜行時打著一把大功率探照燈（開主動聲吶），你照亮了別人，照亮了路，也照亮了你自己。

所以，核潛艇，尤其是彈道導彈核潛艇在深海潛航時，它們是不能隨便開主動聲吶的，只用被動聲吶探知周圍可能的敵艦。

英法兩國的核潛艇就曾因為沒有開主動聲吶而相撞。

圖為英國前衛號核潛艇，2009年它與法國凱旋級核潛艇相撞。

英法潛艇相撞後，法國潛艇還以為是撞上什麼不明物體，受損嚴重，花3天時間才返回港口，檢視傷勢後法國海軍隨即宣佈疑似撞上了集裝箱。

英國一聽，趕緊找法國比照雙方潛艇的傷勢，最終才知曉原來是兩國核潛艇相撞了。也是很尷尬

內容來源：中國科普博覽（ID：kepubolan）作者：寒木釣萌