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如果將1公斤重鐵球,丟入大海,它沉入馬里亞納海溝要多久?

天空之城 2022/09/18

伽利略曾在比薩斜塔上做過著名的落體實驗,實驗物品正是常見的 鐵球,該實驗的結果有力地推翻了亞里士多德的觀點。

今天,我們就讓鐵球再次出馬,也做「落體」實驗,只不過實驗的環境在 大海當中。

那麼, 如果將1公斤重的鐵球丟進大海,沉入馬里亞納海溝要多久呢?看完長知識了。

神秘的馬里亞納海溝

馬里亞納海溝 是人類已知的海洋最深處,位于馬里亞納群島附近的太平洋底部,形成的時間大約為6000年。根據目前的考察數據來看, 馬里亞納海溝最深處的位置接近11000米,這個深度即使是將世界最高峰珠穆朗瑪峰放進去,連其頂端也無法露出。

更不用說,不少科學家表示,由于處在板塊俯沖地帶, 馬里亞納海溝每年還會瘋狂地吞噬海水,這與中國《山海經》當中描述的歸墟之地十分相似。

整個馬里亞納海溝呈弧形,就像是一個巨大的湯勺,被放置在北太平洋的海床當中。

值得一提的是, 千萬別覺得海溝各處的深度都是平均的,其實是「參差不齊」的。如果沿著海溝行走,走著走著可能就會掉入深坑。當然,有時候還會偶遇「海山」阻擋,總之地貌還是非常豐富的。

人類探索馬里亞納海溝最大的困難就是海底的 極端壓力因為這里能達到1000個標準大氣壓,在這種情況下科學家要制造出更安全的設備來對抗壓強。不然,就很有可能重現潛水艇下潛深度過限,直接被壓成鐵皮碎片的災難。

不過從現在的探索來看還算順利, 并且人們還發現在這里有著一些生物存在,雖然很難想象這些小魚是如何做到在巨大壓強下不被壓扁的,但這大概就是生命的堅強之處吧。

由于海洋當中的壓強和陸地的壓強不一樣,所以鐵球下落的速度也會有所變化,那麼如果我們真的將一個1公斤重的鐵球在馬里亞納海溝上方的位置丟下去,它需要花費多長時間才能夠沉底呢?

把鐵球丟下去多久能沉底?

大家可以先試著猜測一下,鐵球進入水中要花費多長時間才能抵達馬里亞納海溝的深處。可能有人覺得需要十幾分鐘,有人認為沒幾個小時是做不到的。那麼, 就讓我們一起來看看從 理論 上來說要多久

首先由于鐵球的密度明顯大于海水, 一個是7.86克/立方厘米左右,另一個是1.025克/立方厘米,在這種情況下鐵球下沉是很容易的。 不過需要注意的是海水的密度會受到溫度等因素的影響,所以并非一直維持這個數值。但是畢竟咱們只是大開腦洞,所以就以這個值為基礎。

其次當鐵球下墜到不同深度時所受的壓強也是不一樣的,在這種情況下,水越深水壓就越大。按照我們常規的想法,海水到了越深的位置應該會變得愈加「粘稠」,畢竟它會被水壓瘋狂擠壓。

不過事實并非如此, 因為科學家在實驗中證明了海水并不會被無限制壓縮,哪怕是到了馬里亞納海溝的最深處,水壓高達1000多個標準大氣壓時,水的密度也只是增加了 5%左右,大約是1.76克/立方厘米。

在這種情況下, 鐵球的下沉顯然是不會受阻的,不會出現懸浮在空中的情況。

想要計算出鐵球沉底的速度和具體時間,我們首先要算出海水的浮力是多少。這時候就要用到國中物理的浮力公式了, 在將一公斤鐵球的重力和體積以及海水的密度代入之后,就能得出浮力大約為 0.16N

隨后再將已知的各個數值帶到鐵球的速度公式當中, 在合力為零的條件下,得出該鐵球進入水中之后勻速下沉的速度大約為10.7米/秒,這樣的話到達馬里亞納海溝的最深處大約需要花 17分鐘

當然,實際上鐵球在進入水中之后速度并不是一直穩定在10.7米/秒的,所以現實情況應該還會有變化。這樣的話,最后沉底的所耗時間也會有變化, 但是基本也是在18分鐘左右的

需要注意的是, 以上討論皆是在理想的情況下,使用公式計算得出的,并非實地試驗。畢竟這種試驗對于科學家來說也沒什麼用,也沒有人會費盡心思追蹤一顆沉入大海的鐵球。

并且,可能還會有人有這樣的疑惑,按照壓強的變化來說,鐵球難道不會在下墜的過程中被「壓扁」嗎?

鐵球會不會被「壓扁」呢?

相信不少人都看到了此前印尼潛艇遭遇斷崖之后,突然下墜,最終整個潛艇都被壓扁解體的新聞。從這一點似乎能看出,就連鋼鐵鑄成的潛艇都會被水壓無情壓扁,那麼咱們試驗用的鐵球難道不會遭遇這種情況嗎?

實際上,鐵球在不斷下墜的過程當中, 肯定是會出現 輕微的變形 的,但是這種變形是用肉眼都難以看出來的。鐵球的這種情況和同樣是鐵做成的潛艇對比差異未免有些大,可其實這很正常。

因為鐵球是 實心 的,而潛水艇是空心的,如果我們將一個同等重量但是被掏空的鐵球放入其中,那麼它在抵達海溝深處之前也是會被壓扁的。

所以現在科學家在設計深海探測器的時候, 不僅要找到能夠對抗超高水壓和海水腐蝕的材料,還要將潛水器的結構弄得更加牢固,讓它做到即使有空心的部分,依舊不會被壓扁。

不過, 大部分人對深海探索并不關注,因為在我們眼中海洋反正不管何時都在,這些地球上的東西我們可以慢慢去研究。

而宇宙深空的東西則更讓人好奇,更加具有誘惑力, 所以目前的深空探索進度和海洋探索進度差異還是比較大的

此前不少潛水器成功在馬里亞納海溝坐底之后,都拍攝到了 海底生物來回游動的畫面,讓人感慨, 哪怕是環境如此惡劣的地方,都會有生命存活

甚至有人說,在海洋污染越來越嚴重的情況下, 馬里亞納海溝在未來可能會成為海洋當中的最后一片「凈土」

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