船舶的飞跃发展
学过物理的人都知道，水的比重为1，比重比水大的物质将沉入水中。
钢铁的比重为7.8，所以，拿一块钢铁掷入水中，它很快就会沉入水底。
可是，大家又会发现这样一个现象，现代船舶大多是由钢铁制造的，它们不仅自身浮在水上，而且还能装载很多东西。这又是为什么呢？
了解浮力的朋友会很快告诉我们，钢铁船舶之所以能浮在水上，是由于受到浮力作用。
浮力是古希腊物理学家阿基米德在2000年前发现的，而且，阿基米德根据自身的反复实践得出了这样一条规律：物体在水中所受的浮力的大小和物体本身所排开的水的重量相等。如果物体所受的浮力大于自身重量的话，物体就会浮在水面。相反，如果物体所受的浮力小于自身重量，物体将会沉入水中。
铁块沉入水中是因为铁块本身所受的浮力小于铁块本身的重量，而一旦我们将铁块稍加改变，情况将又会有所变化。比如，把铁块压成铁板，然后加工成一只空心的盒子。当铁盒子放入水中时，盒子本身所受的浮力与盒子排开的水的重量相同，浮力作用于盒子的底部，支撑着盒子，使它不会沉没。
要是盒子重量增加，盒子就会下沉，那么，盒子排开的水就会增加，也就是说，盒子本身所受的浮力就会增加。一旦盒子本身的重量比盒子本身排开的水的重量轻时，盒子就不会下沉。
钢铁轮船与铁盒子在水上漂浮的道理一样。轮船所以不会沉入水中而在水中漂浮，是由于轮船浸在水中的体积比用来做成船壳的钢铁本身的体积大得多。
大家知道，船舶浮在水上所排开的水的重量叫排水量，它与船体在水中所受到的浮力大小相等。船体浸在水中的深度称为吃水，由于船体建造前后左右不均，故船体各部分吃水并不相同，一般测量船体艏部的艏吃水和船体艉部的艉吃水。船体和水面的交线称为吃水线，也叫水线。船体浸在水中所受的浮力大小随着载物的多少而变化，货装多了，船体浸在水中的深度增加了，船在水中所受的浮力也增加了。
不过，钢铁成为造船材料是经过了一番激烈斗争而得以实现的。
钢铁最初是与其他金属（比如铜）一起走上船舶的。当时，钢铁等金属用来包裹木船船舷，防止木船被撞坏。后来，战船出现了，人们又在船首和船尾包裹厚厚的钢铁，用以撞击敌船。
经过长时间的实践，有人萌生了这样一个想法：如果将木船外表全部用钢铁包裹，那么用作战船将更加牢固。于是，铁壳木质船出现了。
铁壳木质船的长期使用使人们发现了这样一些现象，一个船只的木质全部腐烂之后，其铁壳仍能浮在水面上。于是，又一种设想萌生了：用钢铁做成钢铁船。
用钢铁做成钢铁船的设想一出现，一些意想不到的阻拦纷纷出现了：
有人说：铁船易生锈，难保养。后来，人们发明了防锈漆，初步解决了铁船生锈的问题。
又有人说：铁船重，跑不快。可事实说明，由于钢铁坚固，船壳可以做薄些，所以，钢铁船体比装载同样吨位货物的木船还要轻。而且，钢铁船体比木质船体外壳所受的阻力小，所以，钢铁船舶比同样吨位的木船跑得更快。
还有人说：钢铁船如若中了炮弹，铁壳破裂会炸伤人。后来的事实说明，炮弹击中铁船不会燃烧，铁壳破裂后也不乱飞，而且，如果在船体的重要部分装上厚厚的钢铁壳，大炮甚至炸不开它。
至于什么“铁壳惹鬼”、“铁壳不吉利”、“铁壳影响海龙王巡视”之类的迷信说法，更是不值一驳。
不过，钢铁船舶的建造就有个外壳连接的问题。最初，人们是用螺钉、铆钉连接的。由于这种方法笨重、劳动量大、质量差，影响了钢铁船舶的发展。后来，焊接工艺出现了，于是，用焊条来使构件熔化而连接在一起的新型钢铁船舶出现了。
现在，大多数船舶是用焊接工艺连接而成的钢铁船舶。
早期船舶的推进工具是篙、桨、橹、帆。那么，现代船舶是用什么来推进的呢？
也许有人会说，现代船舶还有用篙、桨、橹、帆来推进的。是的。但是，现代船舶中用篙、桨、橹、帆来推进的，是一些非常次要的小船，与原始船舶一样，它们被人们称为“慢牛”，而现代的船舶主要是用机器带动推进器运转来推进船舶航行的。用机器来推进的船舶被人们称为“机动船”或“轮船”，更有人形象地称它为“水上快马”。
最早应用在船舶上的机器是蒸汽机，它出现于19世纪初。蒸汽机由汽缸、活塞、气阀、曲轴、连杆等组成，当用煤或其他燃料将锅炉中的水烧成蒸汽，蒸汽又通过气阀进入气缸，借助蒸汽的推力，推动活塞做往复运动，由连杆带动曲轴做往复运动，曲轴带动桨轮运转，从而推动船舶前进。
由于蒸汽机结构简单、方便，因此而风靡一时，我国也于1865年建成了第一艘蒸汽轮船，该船每小时可航行25公里。
不过，蒸汽机体积大、重量大，但发出的马力却非常小，蒸汽机带动小船航行速度尚可，一旦带动吨位较大的船，速度就显得降低了，甚至比不上一些航速较快的帆船！
后来，科学家们又在蒸汽机的基础上发明了蒸汽轮机。蒸汽轮机是让锅炉中烧出来的蒸汽通过喷嘴冲到装有叶片的轮上，使叶片转动，进而带动推进器推动船舶。与蒸汽机相比，蒸汽轮机效率高、马力大、振动小，重量、体积也小。
不过，蒸汽轮机也有难以克服的缺点：构造复杂，制造困难，造价高，不能开倒车。于是，人们又开始了更新型机器的研制工作。
1897年，德国人基塞尔发明了一种可使用较重、较低廉燃料油的内燃机。内燃机由气缸、活塞、连杆、曲轴构成，利用燃油在气缸内直接燃烧，燃烧后气体膨胀，推动活塞运动，再通过连杆，使曲轴转动，带动推进器。
与蒸汽机相比，内燃机具有体积小、效率高、功率大等一系列无可比拟的优点，因而很快就被用做船舶的动力。内燃机的燃料有柴油、汽油、煤油、煤气、天然气等，依据所使用燃料的不同，分别称为柴油机、汽油机、煤油机、煤气机、天然气机等。船用内燃机主要是柴油机。目前，内燃机已广泛应用于各种类型的船舶上，成为当前最主要的船舶动力。
随着海洋运输和海上军事竞争的日益加剧，船越造越大，速度要求也越来越高，内燃机就显得力不从心了，而且为适应大功率的要求，内燃机的体积也过于庞大，一艘万吨级船舶所用的柴油机竟有三层楼高！最近40年时间内，人们又发明了新型的旋转式发动机——燃气轮机。它具有马力大、启动迅速、噪音低、维护管理容易、换装主机时间短的优点，是船舶动力的又一革新。
在燃气轮机中，空气先经过压缩机压缩，提高温度，通入燃烧室，燃油在燃烧室中燃烧后，产生高温燃气，再通过喷嘴冲动装有叶片的转子，或者直接通过叶片而喷出，使转子高速转动。
在发展内燃机、燃气轮机的同时，人们还发明了核动力和超导推进动力。
核动力即原子能动力，通过原子能反应堆产生出原子能，进而带动推进器运转。超导动力即利用超导原理制成的超导电机推进船舶前进。
在发展机器动力的同时，船舶推进器也得到了发展。最初，船舶推进器采用的是酷似我国古代车船上轮子一样的桨轮，后来，人们发现了早在15世纪的螺旋桨构思很有新意，并在1802年由美国新泽西州人约翰·史蒂文斯造成了第一艘螺旋桨船。尽管这条螺旋桨船和富尔顿之后设计的螺旋桨船均建成，但是，人们却不能相信小小的螺旋桨会比巨大的桨轮优越，所以，在螺旋桨出现之后很长的一段时间内，蒸汽动力远洋船仍很少用螺旋桨推进，而是采用舷侧明轮打水推进。装在舷侧的明轮在风浪较平静时航行比较顺利，在风浪较大时，由于轮船的剧烈横摇，往往一侧的桨轮脱离水面无法打水，使桨轮空转，不仅浪费动力使船速减慢，而且使船舶难以操纵。1844年，“大不列颠”号用蒸汽机带动螺旋桨推动轮船横渡大西洋成功，证明了螺旋桨推进的可靠性。1845年，英国海军部又在用螺旋桨推进的巡洋舰“响尾蛇”
号和用明轮推进的汽船“爱里克托”号之间安排了一场有趣的比赛。动力相当的两艘船的船尾相互系牢，获得信号后就全速开航。“响尾蛇”号的螺旋桨飞快地转动，“爱里克托”号的明轮猛打着水。结果是前者获胜，后来被倒拖过来，船尾向前以2.5节的速度被拖着跑。
这一场震惊造船界的水上“拔河”比赛以螺旋桨的胜利告终。但是，保守的英国海军部还是不肯在所有的军舰上装备螺旋桨。直到19世纪中叶，俄国的大炮在克里米亚海战中把英国军舰上的明轮推进器轻易地击毁后，才使英国海军清醒。从此，英国才将所有的军舰上的推进器都改为螺旋桨。与此同时，其他各国海军也吸取了英国海军的教训，纷纷采用螺旋桨。之后，商船也逐步以螺旋桨代替明轮。
天文导航和指南针导航这两种方法使人们摆脱了海岸，但在雾天、阴天和复杂的海区就可能出现误差而酿成悲剧。后来无线电导航和雷达导航以及卫星导航诞生后，人类才真正地做到了“海阔凭船行”，才真正地获得了海上航行的自由。航海学家们把其称为“并不轰动但极有力量的航海革命”。
无线电导航就是接收沿岸设置的导航台中较近的两个导航台同时发来的无线电信号，根据这两个导航台发出信号到达舰船的时间差计算出这两个导航台与船只之间的距离差。比如距离差为零，那么，船只只能在两个导航台连线的垂直线上的任何一点。比如距离差为100，那就可能在图上划出的曲线上得到一个距离差曲线，当然无法测出舰位，但既然测一个时差可得一个距离差曲线，那么连续测两个时差，或者两部仪器同时测一个时差，两条距离差曲线的交点就是舰位了。以上介绍的就是无线电导航最基本的原理。后来人们又变测时差为测信号电磁波的相位差，从而提高了导航精确度和导航距离。
雷达导航是依靠雷达荧光屏上目标显示的变化情况而引导航行的。大家都知道，雷达是由天线、发射机、接收机、显示器、电源组成的，而雷达也是利用无线电来测定目标方位、距离的。当雷达的发射机发射出的电波遇到障碍后，就被反射回来，被接收机接收到，便在显示器的荧光屏上显示出来。
根据回波的方向便可测定目标的方位，根据发射电波到回收电波的时间，可计算出被测定目标的距离。船舶在海上航行时，打开雷达，周围二三十海里的目标都显示在荧光屏上。只要选择近而显影清楚的小岛、海角等目标，测定三个目标的距离，以目标为圆心，距离为半径，用圆规画出三个圆弧，圆弧的交点就是舰位了。知道了舰位，也就知道了船舶应该航行的方向。在雾、雨、雪等不易看清前方的情况下，整个航行途中均启动雷达，还可防止与其他船舶相撞。这与前面测知舰位的方法相反，即时刻观察本船前方有无“目标”，如有，则在荧光屏的亮点上用色笔点描出点“1”，过1～2分钟，亮点移动，得出点“2”，再过1～2分钟，亮点再移动，得出点“3”。把1、2、3三点连成一线，如果连线指向荧光屏中心或接近中心，也就是指向本船的话，表明跟来船有碰撞危险，应采取避让措施。假如1、2、3点连线是1、2’、3’三点，即连线指离荧光屏中心（即船位），就不存在碰撞危险，不必避让。
卫星导航是借助卫星引导船舶航行的方法。研究和应用卫星进行导航时间很短，至今才有40多年的历史。1957年，美国霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员在跟踪前苏联发射的世界上第一颗人造地球卫星的时候，忽生奇想：既然我们站在地球上能够测出卫星的位置，那么，人们运用卫星也一定能够测出地球上一些设施的位置。这一设想萌生后不久，人类就进入了用人造卫星进行导航的新时代。
导航卫星直径只有50厘米，尽管它的个头不大，但它小小的身躯中却装满了多种多样的现代化仪器，有无线电接收机、信息编译器和存储器，这些仪器能接收地面送来的信息，进行编译工作，然后将信息存起来。另外，卫星上还装有无线电发射机，不断地按规定的程序向地球播发信息。在卫星体外的下面装有一副天线，既能收信息，又能发信息。卫星体外的上面伸出一根很长的杆，杆顶有一重物，在卫星绕地球飞行时，由于离心力的作用，重物总是保持在外边，结果，使卫星下面的天线始终向着地球，保证了无线电联络不间断。
导航卫星上的电子仪器是需要电的，那么卫星上的电源是哪里来的，也许有人会猜想在上面建个小发电站，也有人猜想是用发射卫星前带去的蓄电池，其实都不是。卫星上的电源是受到太阳光照射时就产生电能的太阳能电池。当然，卫星还带有蓄电池。当太阳光照到卫星时，太阳能电池一边给各个仪器供电，同时还给蓄电池充电，当卫星飞到地球的背阴部分时，太阳光照不到卫星，太阳能电池不发电，蓄电池就成为电子仪器的电源了。
卫星导航实际上也是一个为船舶定船位的问题，它和前述的天文导航中测星星定船位有很多共同之处，都只要知道在不同时间星星或卫星和地球上船舶位置的具体关系，通过计算或作图把船舶的位置确定下来。不过，这一切均已被科学家们完成了，根据这一原理设置的卫星导航仪就装在现代船舶上，每当测量时，导航仪内的电子计算机便能够根据电子仪器自动测量的数据自动计算出舰船的位置，并在荧光显示器上显示出来。
发明轮船
自从有了船，大大方便了人们的水上运输。但是，这些船都是靠风力和人力行驶的。船能不能摆脱对风力、人力的依赖，而能自己行驶呢？于是，轮船的发明就在这美好的愿望下开始了。
1769年，英国人瓦特在前人的基础上制造出了比较完善的蒸汽机，给当时的工业生产带来了福音，也给古老的船只注入了新鲜血液。人们开始想着把蒸汽机装上船，来推动船只航行，使船儿再也不需依靠风力和人力来行驶。
美国发明家菲奇最先取得了成果。1787年，他建成了世界上第一艘蒸汽独木舟。独木舟的两侧各安上3支一组的长桨，蒸汽机装在船上来带动这些长桨交替划动，从而驱使船儿向前行驶。
菲奇在一条小河中试航，他坐在船上开启蒸汽机，小船真的动了起来，渐渐地由慢到快向前划行，6支长桨在两边交替划动。
“菲奇，让我们也到船上来玩玩。”岸上有人大声喊。
“不行呀，这船太小。”菲奇看看自己的发明，船真的太小了，坐不下两个人。
“那就造得大一点嘛！”岸上的人对菲奇倒是信心十足。
是呵，造个大一点的蒸汽船！这次小小的蒸汽“独木舟”试航给了菲奇很多启发，也使他发现了很多还需要改进的地方。
这以后，菲奇对他的蒸汽船反复改进，又建造出了一艘新型的大蒸汽船。
