在马里亚纳海沟扔下一块砖,砖块要多久才能到海底,会被压碎吗?

旅游 旅行密码屋 2021-12-10 08:32

原标题:在马里亚纳海沟扔下一块砖,砖块要多久才能到海底,会被压碎吗?

人类向来都具有着冒险的精神,对一切的事物都充满着好奇心和挑战心,也正是因此,人类或许才从古猿进化成了如今的样子,发展出了高等智慧。

如果没有冒险精神,人类无法从轰隆作响的雷电下发现危险而未知的“火”居然有这么多好处,无法狩猎制衣耕种,也无法发展出社会,更无法从宗教神学的背景下发展出瑰丽丰富的科学研究。

在近现代以来,人类生活得到了最基本的保障,不用再汲汲于生存,因此我们可以将更多的精力和金钱等用在其他地方,比如探索未知,学习技术等等方面。

作为世界上已知的最高峰——珠穆朗玛峰,来自全球各地的冒险者都企图征服这个“圣地”,而气候恶劣的珠穆朗玛峰也成为了许多登山者的葬身地,但前来此地的人群依然络绎不绝,人类的冒险精神名不虚传。

除了世界最高峰,自然也有世界的最低沟,也就是——马里亚纳海沟,甚至这片海沟最深处可能达到了11千米,比珠穆朗玛峰的8848.86米的深度还要夸张,将后者从底部倒扣进马里亚纳海沟里,还有2151.14米左右的空没有被填上。

当然,人类也不会放过这个有着如此可怕深度的海沟,尽管人类无法用肉身抵达海底,但是从上个世纪中期开始,就不断有科学家甚至是相关爱好者借助种种工具,以及深海潜水器,试图深入马里亚纳海沟探寻海底奥秘。

将一块砖扔进海沟

在我们年幼的时候,很多人都喜欢将小石子扔进河水、池塘,或者是井底之类的地方,然后听什么时候会有声音响起,若是将一块普通的砖丢进有着11千米深的马里亚纳海沟,这块砖头会下沉多久才到达海底呢?

首先我们需要考虑到,马里亚纳海沟实在是太深了,海水的密度会由于深度的下降而增加,这块砖头真的能在11千米的深度下沉入海水之中吗?

通常来说,物体在水中是漂浮还是下落,主要是由物体自身的密度,以及水的密度有关,一般而言物体会呈三种状态,其密度小于水的密度,物体会漂浮在水面上。

比如船舶就是利用这一个物理原理,哪怕外壳是密度远远大于液体的钢铁材料,也可以通过使内部中空,来降低密度实现漂浮的状态。

当物体密度大于水的密度时,前者必然就会向下沉落,一直到底部,但若是两者相同,物体就会在水中呈现悬浮的状态,比如科学家们根据这个原理,研发出了潜水艇,它能够通过排水和进水改变其密度,从而进行下潜、上浮以及直接悬浮在水中。

因此如果把砖块扔进马里亚纳海沟,我们第一步需要计算的是砖块密度与海水密度之间的关系,判断砖块是下沉,还是会悬浮在深海的某一个位置。

根据科学家们曾经得出的数据显示,在正常的大气压下水的密度是每立方米1000千克,而海水每下降10米,压力就会同时向上升高1个标准大气压,水的密度也会增加,但是增加的程度是非常微弱的,仅仅只是0.0046%。

也就是说,马里亚纳海沟11千米的深度,若是到了最深处的海底,这个地方的大气压是正常地面大气压的1100倍,而水的密度相应也会增加5%的密度,也就是每立方米1050千克。

尽管海水各个地方的盐分不同,从而导致密度也不一样,再加上海底存在着许多的杂质、矿物质等等,可能会造成马里亚纳海沟的海底海水密度增加,但不管增加多少,也不会超过每立方米1080千克的程度。

一块标准的红色砖块的尺寸为240毫米、115毫米和53毫米,这种实心砖块主要是用页岩、煤矸石、粘土等材料制成,密度大概是每立方米1800千克,明显是大于马里亚纳海沟海底的海水密度,足以说明砖块会直接落入海底。

如果说想要砖块悬浮在水中,那么就要海水与砖块的密度相同,深度还要再向下几百米左右。

那么砖块要多久才会掉落在海底呢?要知道一个物体在水中下沉的过程中,通常来说会受到自身的重力、水的浮力和阻力的影响。

砖头落入海水,一开始的速度会比较小,然后会进行加速度运动,速度不断增加,同时所受到的阻力也会变大,直到上面所说的三种力达成平衡,砖头就会达到下降的最高速度,并开始进行匀速运动,即F+F浮+G=0。

比如说一个在高空进行跳伞运动的运动员,在他跳下飞机以后,下坠的速度会越来越快,空气对他形成的阻力也会越来越大,当形成平衡以后,运动员就会匀速下落。

而因为阻力与物体的横截面积有很大的关系,所以运动员下降的速度还与他落下时的姿势有关,比如当他以俯仰的姿势向下时,他最大速度是在每秒55米,但是如果运动员选择头朝下的姿态,那么他的最高速度能够达到每秒270米甚至是325米。

因此根据砖块的尺寸来计算,它最小的一面是53毫米乘以115毫米,也就是6095平方毫米,如果是将砖块按照这个最小面积朝下的姿势向下落,最大速度可以达到每秒2.73米左右,降落在海底则需要67分钟。

但是如果是按砖块最大的那一面,即115毫米宽,240毫米长,面积为27600平方毫米的大小向下落,所需要的时间也就更久,需要2.4个小时。

再加上海水本身是流动的,砖块的性质也不稳定,甚至随着海水的增加,压力也会不断增强,或许将会花费比上面计算的还要更多的时间。

砖块会被压碎吗?

我们都知道,深海的压强是非常大的,在300米的水下,潜水员甚至要承受30个大气压的压力,差不多是每平方厘米都要遭受60斤左右的挤压,就连抬手的动作都很困难。

而在11千米深的马里亚纳海沟中,海底的压强相当于是1100个普通大气压,一个大气压为每平方毫米0.1牛,那么马里亚纳海沟海底压强就是每平方毫米110牛。

如果换算成为我们都能理解的概念,110牛约等于是112千克,相当于是在这个地方每立方毫米都需要承受112千克的重量。

一块标准红色砖块的耐压最多是每平方毫米30牛,约等于是3.061千克,远远低于112千克的重量,这样看来,砖块或许还没有到达海底,就会被巨大的压强给压碎,但是事实真是如此吗?

实际上,砖块在同一深度的海水中是全方位各个方向都在受力,这些压强都是相同且均衡的,也因此会向内部收缩,但是砖块的密度并不算很高,结构的稳定性也不强,在这样的受力情况下也照样会受到影响,从而被压缩。

然而砖块还有个在水中的“优点”,就是它有很多毛细管气孔,吸水能力很强,海水很容易进去,从而形成砖块内部和外部的压强也一致,因此不会被压缩。

这就像是生活在马里亚纳海沟海底的深海鱼,比如深海短吻狮子鱼,它们的鱼皮组织只是一层非常薄的膜,水能够轻松地穿透,从而将这种鱼体内也充满水分,形成体内外压力的平衡,这也正是深海短吻狮子鱼进化出来的在深海生存的秘诀之一。

也因此,砖块如同深海短吻狮子鱼一样,哪怕深海压强巨大,它也不会被压碎。

或许有人会问,海底的石头并不像砖块一样有着细密的孔洞,为什么能够经受压强,却不会碎掉呢?

这其实也是因为海洋对石头形成的压力是来自各个方向的,从而形成了静水压力,所受到的剪切应力几乎为零。因此,石头不会被压碎,反而是从外向内部挤压,被不断地塑形变形,最终慢慢成为了更加光滑圆润的形态。

当然,向海底扔砖块并不是一件值得提倡的事情,这也只是我们所做出的设想,根据马里亚纳海沟深海的各个条件所进行的探讨。

结论

随着社会的发展,人类正不断向海洋丢弃各种各样的垃圾,其中塑料垃圾尤其繁多,甚至在11千米深的马里亚纳海沟已经发现了塑料垃圾的出现。

科学家们预测,或许在2050年甚至可能更早,海洋中的塑料垃圾就将超过海洋生物的数量,并且随着这些污染物越来越多,许多海洋生物也会不小心将其误食。

比如海龟会以为在海水里漂浮的塑料袋是水母,从而吞食,导致垃圾在胃部无法消化,造成器官衰竭。除此之外,很多哺乳动物也会被塑料物品缠绕,在时间的推移下对自身造成影响,甚至会因为无法挣脱而受困饿死。

人类需要对此进行反省,同时必须开始进行补救,大自然对于人类的重要性是非常大的,其中任何一点变化都可能导致人类为此付出惨痛代价,反之人类的灭亡并不会对大自然造成多么严重的影响,就如同恐龙灭绝一般,几百万年几千万年以后,所有的痕迹都会被新的生物掩盖。

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