我们生活在一个奇妙的时代。在我们上方，金属船在3万英尺的高空翱翔，以每小时数百英里的速度穿过云层和湍流。在海洋中，巨大的建筑像宗教奇迹一样在海面上滑行。

　　美国海军的军舰非常巨大，其中世界上最大的军舰之一杰拉尔德·r·福特号(USS Gerald R. Ford)的长度刚刚超过1100英尺。(作为参考，帝国大厦的顶层有1250英尺高。)就重量而言，这个庞然大物的重量达到了9万吨。

　　那么，一艘像摩天大楼一样大、比任何陆地交通工具都重的船是如何浮在水面上的呢?毕竟，东西越重，它落到海底的速度就越快，对吧?与看似合理的逻辑相反，像航空母舰这样的大型船只实际上很难沉没。然而，为了完全理解如此巨大的船是如何漂浮的，我们需要打破一些令人惊讶的基础科学，包括体积，位移和浮力，然后再推断出更大的比例。

　　虽然杰拉尔德·r·福特号航空母舰能像魔法一样在水中穿行令人印象深刻，但让这艘引人注目的航空母舰大部分时间都在水面上的同样原则也适用于更小的东西，比如快艇。

　　有两个主要因素决定一艘船是下沉还是漂浮:重力和密度。重力在地球上是一个常数。虽然它在宇宙中扮演着更重要的角色，但在小尺度上，它可以防止我们在跳跃时漂浮到大气层中。由于地面是固体，重力对我们的拉力是有限的。然而，水是一个不同的故事。

　　我们之所以能够在水中仰面漂浮，可以归因于一种被称为浮力的力，也就是重力作用在密度最大的物体上。一般来说，高密度的物体会下沉，因为它的密度比水大。当应用到尼米兹级航母上时，这就说不通了，对吧?一个9万吨重的物体怎么会比水轻呢?现实情况是，如果这个重量占据更小的空间，它就不会如此轻松地漂浮在水面上。

　　如果你把一个10磅重的钢球和一块10磅重的钢板扔进水池里，钢球几乎会立即下沉，而钢板却能浮在水面上。这是因为球的密度集中在一个小区域，而薄片则分配它的重量，导致它比球排出更多的水。

　　一个物体排开的水越多，它受到的向上推力就越大。这种上冲作用对抗重力，产生浮力，使金属片漂浮在表面。如果你不均匀地增加重量，你会导致部分薄片的密度比水大，从而下沉。

　　海军舰艇是技术奇迹，其背后的科学是微妙的。工程师需要考虑引力、物体密度和向上推力。像货船这样的载重船，在设计时必须考虑到更大的排水量。这样，上推力可以更大，以保持船只漂浮。杰拉尔德·r·福特号航母排水量高达10万吨，这意味着有足够的向上推力使其保持在水面上。

　　当你想到水的时候，稳定性可能不是你首先想到的。如果你曾经踏上过一艘小船，你可能经历过摇晃或倾斜，尤其是当你试图登船的时候。如果那艘船向一边倾斜太多，就有翻船的危险。这都是因为船的重心可能会偏离。在任何额外的重量加到船上之前，它的重心位于船的最低中心点，但是一旦你踩上去，你就增加了重量并改变了它的重心。

　　由于海军舰艇上的一些部件可能相当大，你可能会认为它们也有同样的问题。然而，这些船的设计重心较低。海军舰艇中最重的部分，如发动机，位于船体深处，以保持船体稳定，并与货物的重量保持平衡。

　　此外，像杰拉尔德·r·福特号这样的军舰设计了一个大龙骨。这是船的支柱，在水线之前纵向穿过船，使滚动或倾覆更加困难。这就是为什么这些巨大的船只可以承受更大的海浪和大风暴而不会迷失在海上。