03.07 鲸鱼是肉做的,潜入万米深都没事,为什么钢铁打造的潜艇容易被压扁?

飛誮絕戀


鱼类的抗压能力一方面是由于它们自身的“形状”,另一方面则是因为它们长期适应海洋环境的进化所导致的


然而鲸鱼虽然名字里有一个鱼字,但它其实是哺乳动物,而且最大下潜深度只有2000米,绝大部分鲸鱼都在500米到1500米深度的海域出没,迄今为止日内虽然在8000米乃至近万米的深海都找到了鱼类,但那些鱼无一例外都是非常小巧的。

人类科学中的“仿生学”一直以来都主张从大自然里找老师,然而人类根据仿生学原理制造的机器却很少有“超过”老师的,其中最明显的例子就是潜水艇。


但由于潜艇只在外形上多多少少借鉴了鱼类的外形,所以即使是最先进的潜艇也无法像普通的鱼一样下潜到几千米深的海底。

其实潜艇和鱼最大的区别不是物质组成,而是内外压力的区别,潜艇由于内部人员的存在所以需要在艇内保持一个大气压,然而百米深的海域产生的压力会严重“挤压”潜艇,而潜艇只能用材料强度来硬抗这种压力。

其实如果把人排除在外,我们只需要把潜艇内装满水就能让它“毫发无损”的沉入海底

日前俄罗斯有一种类似“深海呼吸液”的实验,目的就是研发出能让人在水里呼吸的特殊液体,未来如果成功的话人类的潜艇或许真的可以完全装满水再下潜。


纵观人类的封闭式建筑或者工具,内外压力的不平衡永远都是造成事故的一大原因,潜艇也好航天器也罢,如果没能为内部人员提供合适的压力环境而导致人员死亡,那么它们本身也就没有存在的意义了。


宇宙观察记录


鲸鱼是肉做的,嗯,这话没毛病。不过鲸鱼可无法下潜到万米深的海底。目前我们认为鲸鱼的下潜极限大概在2000米左右。不过即便如此,鲸鱼的下潜深度也已经远远超越潜艇的下潜深度了。这是为什么呢?

其实很好解释,潜艇是一个"空壳子",不管下潜多深,只要正常工作,潜艇内部必须保持一定的压力,而且里面不可能处处充斥着海水,毕竟人要在潜艇里正常工作的。


而鲸鱼就不一样了,首先鲸鱼是一个生物,内部遍布各种器官,几乎没有什么大的空隙,其次,鲸鱼是一个柔软的物体,不像潜艇一样铁板一块,无法变形,最后,鲸鱼属于一个开放的系统,鲸鱼可以通过吸入部分海水的方式来减少深海压力的伤害。

这个问题的关键,实际上就是一个内外压强差的问题。对于潜艇来说,内部必须保持常压,否则潜艇上的工作人员根本无法生存。而潜入海洋的深度越深,受到的压强就越大。按理说,只要内部和外部压力一样,海水的压力是不会对物质造成较大影响的,但潜艇的工作性质决定了它必须保持常压,也就决定了它必须直接面对深海的压力。而鲸鱼可以通过吞下部分海水的方式,使得内部压力和外部压力平衡,这样的话就能够下潜更深了。

举个例子,我们将一个敞口瓶子扔到海里,即便沉到马里亚纳海沟底部。这个瓶子也不会有任何损坏,因为它的内部和外部有物质交流,内外压强完全平衡。但假如把一个盖盖子的瓶子挂上重物扔到海里,可能在下潜到一定深度的时候瓶子就会瘪下来甚至破碎,这就是因为内外压强不平衡。潜艇和鲸鱼就是这个道理。如果人们可以通过某种方式调整内部压强,那人类下潜几百米也是完全没什么问题的。

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张家小智儿


大部分鲸鱼只能潜入水深500米左右的海里,只有少数抹香鲸可以潜入2000米深的海域进行捕杀,这还是源自于抹香鲸喜欢吃大乌贼,而这样的乌贼在水深2000米左右活动,为了吃,它们也是付出了努力~

人为什么不能潜入深水

大部分认为,潜入深水,在水中停留的时间长,和肺有关系,这点没错,但实际上,肺越大,在水中停留的时间长,可相反,潜入的深度就越低。



鲸鱼之所以可以潜入深水,是因为它的肋骨,胸骨,颈椎骨的链接处是松弛可以收缩的,随着潜入深度的增加,鲸鱼的肺会越来越小,最后收缩到一定程度以后,体外的骨头起到保护的作用,可以增强对压力的抵抗。

人类的肋骨不足以支撑压力,一是肋骨非常脆,嘎嘣脆同咱们吃的猪肋骨差不多。另外一点就是肺不会收缩,里面都是空气,承受不住太大的压力。


潜水深度不可怕,重要的是浮出水面的一瞬间

总所周知,潜水的人经常会犯潜水病,潜水病主要是潜水人体内会生成氮气,而氮气在人类浮出水面的时候会形成气泡,大型动物浮出水面气泡会很大,快速出水容易爆炸,所以人类潜水员浮出水面都不能特别快,潜水病不是闹着玩的。

鲸鱼潜水,肺会收缩,将肺内的空气压缩到气管和支气管之中,就不会产生氮气,也不会有潜水病。

人类潜水时间通过训练是可以延长的,世界纪录是可以在水中憋气20多分钟,潜水最深的纪录是水下332米之多。

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潜艇是举世公认的战略性武器,为各个军事大国所重点研发的武器之一。

衡量一艘潜艇的好坏,无非是操作系统、动力装置、军事武装、导航、探测等几个方面,当然其中一个重要因素——下潜深度。


大多数国家的潜艇下潜深度都在300-400米之间,美国的“海浪号”的下潜深度是650米,而俄罗斯的S I 和S II级别潜艇,下潜深度能够达到700-800米之间。

影响潜艇下潜深度最为关键的是制作材料,这也是研发重点。另外则是外观、焊接工艺。

影响潜艇潜水深度的最关键因素是气压。潜艇下潜越深,承受的压力越大。通常来说,潜艇每下潜十米,就会承受一个大气压的压强。因此,当潜艇下潜到500米时,它所承受的压强就会达到50个左右。也就是说,在这样的环境下,潜艇每平方米承受的重量为50吨,一旦超过了潜艇表面材料的承受极限,会逐渐把潜艇压扁。



从仿生学的角度讲,潜艇是科学家仿照鲸的许多特性而发明研制的。可是鲸的潜水深度却比潜艇厉害的多。 小齿型鲸潜水深度是在100-300米左右,长须鲸能在300到500米水下停留一小时左右。最大齿的抹香鲸的潜水能力更惊人,可以在一千米左右的水下停留2小时之久。

60多年前,人们厄瓜多尔附近海域1100多米的深海中,发现了被海底电缆缠死的抹香鲸。这是人类迄今为止发现鲸潜水的最深记录。

我们都知道,潜艇是由高强度的金属制成的,潜水深度还只在500米左右,而鲸这种浑身是肉的动物却可以在几百米到千米左右的深度自由游动。究竟是什么原因,能让鲸可以胜过钢铁呢?



虽然鲸的祖先是生活在陆地的,但鲸在海里已经生活了上万年,经过长期的进化,鲸的器官组织和某些功能也发生了很大变化,已经完全适应了海洋生活环境。

鲸的身体变化首先表现在肌肉和骨骼上。由于深海环境的巨大水压作用,鲸的骨骼变得非常薄,而且容易弯曲;肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织变得出奇的细密。

鲸长期的深海生活,它的肋骨,胸骨,颈椎骨的链接处是松弛可以收缩的。 随着潜入深度的增加,鲸鱼的肺会越来越小,最后收缩到一定程度以后,体外的骨头起到保护的作用,可以增强它抗压能力。而且长期的水下生活让鲸的表皮组织变成一层非常薄的层膜,它能使鲸体内的生理组织充满水分,保持体内外压力的平衡。

还有一点,鲸在进入深之前,就在自己身体内蓄满了水,用来呼吸,经过一段时间再到水面上喷出巨大的水柱来换气。这样鲸在海底就不用张口呼吸压强大的海水,也使自己保持较好的抗压能力。鲸体内的水可以让自己体内的压强和海水对鲸体表的压强基本持平,鲸鱼就可以承受巨大的压强。


而潜艇就不同了,潜艇在设计的时候不但要考虑潜艇表面的抗压承受能力,还要考虑到潜水员在潜艇里的生活环境和长时间水下生活的适应能力。

用最简单的话说——鲸鱼是实心的,而潜艇因为要有人操作,必须是空心的。

如果是无人驾驶的话,潜艇完全可以抗的住更大的压强,在更深的海底航行。早在上世纪六十年代,人类发明的无人探测船就可以在万米深的水下进行科学考察。人类深海考察的最深记录是1957年苏联的考察船在马里亚纳海沟创造,考察船当时到达了马里亚纳海沟11929米的深处。

而现代科技下,哪怕人类用了比黄金贵上好几倍的钛合金,所制造的潜艇也不过能潜水千米左右。大自然的产物胜过人类最高端的科技,这也是自然值得我们尊敬的原因啊!


小约翰


答:鲸鱼在下潜过程中,肺部逐渐缩小,使体内压强增加,用来平衡体内外的压强。


水压

水中压强和水深有关p=ρgh,深度每增加10.3米,压强就会增加一个大气压,在1000米的深度下,水压高达97个大气压,相当于每平方米承受970吨的重量。

鲸鱼的身体经过长时间演化,已经进化出适应深海潜水的能力,但也是存在极限的,一般鲸鱼只在500米以上的浅水区活动,而抹香鲸最高可以下潜到2000米,再深的话鲸鱼身体也承受不了。

而军用核潜艇,一般最大下潜深度在300米左右,就算是特制的核潜艇,最大下潜深度也就700米,无法和鲸鱼的下潜深度相比较。


原因

当鲸鱼潜入深水区后,鲸鱼的肺部大大缩小,体内压强增加,用来抵抗体外的水压,使得体内外压强平衡,这就是鲸鱼不被压扁的原因;但是鲸鱼体内的压力增加也是有极限的,超过极限之后,鲸鱼身体也无法承受。

由于核潜艇需要载人,人体所处的大气压强,需要保持在1个大气压左右,内部压强没有多大调节的余量,于是随着下潜深度的增加,潜水艇内外压强差越来越大。

核潜艇不具备鲸鱼那样,用增加内部压强的方法来抵抗深水压强的能力,只能靠着金属结构硬抗,所以核潜艇的下潜深度非常有限。

但是对于科学研究用的深海潜水器,本身结构简单,还采用了多层逐级增压的结构设计,所以能下潜到海底1万米的深度。


其他例子

生物经常用到类似的原理,来适应高压环境,比如在马里纳亚海沟1万米处的生物,体内充满高压体液,来平衡体内外压强。

甚至我们人类都是这样做的,一个大气压强为101.325kPa,相当于每平方米皮肤承受10吨的重量,但是我们人类体内的压强也在一个大气压左右,于是体内外压强基本平衡,人体就不会被大气压强压扁。


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首先说一下,鲸鱼不能达到潜入1万米,都不超过5000米。

01

你知道鲸鱼最深能潜多少米吗?

鲸鱼我们都知道在水里面度过一生,虽然我没有亲眼见过,但是在动物世界里面经常有他们的身影,了解了一下,在葡萄牙首都里斯本附近海域的2200米水深处,发现被电缆缠绕而窒死的抹香鲸,这是迄今为止哺乳动物潜水最深的记录.我们大概知道了抹香鲸是能潜最深的鲸鱼了。

02

为什么鲸鱼潜入深海没有事情呢?

因为鲸鱼有一套属于自己的呼吸系统,鲸鱼和我们一样也需要氧气,鲸鱼也需要浮出海面换气,他们换一次气能在海里呆很长时间,有些能达到一个多小时,鲸鱼有一个喷气孔,到海面上换气之后,潜入海里就需要关闭喷气孔,然后就开始运用自己特殊的呼吸系统,鲸将大部分的空气从肺部排出,以血液中血红蛋白以及肌肉中的肌血球素和氧气结合作为替代,为长时间的潜水过程提供大部分的氧气。与此同时,鲸的动脉网络像一个分流器一样,维持脑部正常的血液供应,同时减少对肌肉血液供应.此外,为进一步减少氧气的消耗量,心率也隨之降低.

03

为什么潜艇容易压扁?

我们打一个比方:我们如果吧一个密封的铁通沉入海底,我想铁通肯定会压扁,如果把铁通开一个口子,你说现在把铁通沉入海底还会压扁吗?肯定不会对不对。

就是这个原理呀,潜艇我们有人在里面,去操控它,所以潜艇必须是密封的,我们潜艇都不能潜太深,最高纪录苏联的潜艇创下了1250米深的记录。其实每突破一厘米都是极大的考验!

以后有更多的水下机器人,会打破这些深海记录,我们的深水潜器“蛟龙号”在东太平洋成功潜入水下5188m处,取得了水下样本。其实蛟龙号最大深度可以达到7000米,再次祝愿我们蛟龙号能突破1万米 。

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首先咱们先稍微纠正一下这个问题,鲸鱼是鲸鱼肉的做的这个没错,但是它可潜不了一万米深。鲸鱼中最厉害的潜水能手抹香鲸最深潜水记录是2200米左右。一万米深的深海中的压力鲸鱼也会被压死的。

鲸鱼的潜水深度远大于现在人类用钢铁打造的潜艇。鲸鱼在大约5000万年前为了生存重新由陆地进入到了海洋中。鲸鱼为了填饱肚子,不断的潜入更深的海洋中,经过几千万的进化,鲸鱼

的身体已经完全适应了深海的压力。鲸鱼的血液中含有高于其他动物好几倍的血红蛋白。鲸鱼会在吸足空气后潜入海中。这些空气中的氧气并不是存在鲸鱼的肺中,而是储存在了血液中。随着下潜深度的增加,鲸鱼的柔软的胸腔结构是肺部缩小,减小身体内外的压强差。这样就可以是身体内外压强达到平衡,因此能够潜入两千米深没有任何问题。

而潜艇就不一样了,潜艇的外壳虽然是钢铁打造的,但是潜艇的内部舱内为了保证人类正常活动需要,维持着一个标准大气压。如果潜艇潜到深海,就会面临着内外巨大的压强差。这样潜艇如果潜水过深,就会有被压扁的危险。

虽然鲸鱼潜不了万米深,但是在海底一万米深度的地方并非生命的禁区。这里生活着一些坚强的鱼类。这些鱼类时刻承受着1000个大气压以上的压力。不过这些鱼类对付深海压力的办法就是让自己也变成“一滩水”。这些鱼类体身体变得非常柔软,体内含有大量的水分。用水来平衡身体内外的压强差。

鲸鱼虽然是肉做的,但是它可以让自己体内外达到压力平衡,因此不会被压扁。但是人类制造的潜艇外壳虽然是钢铁,但是功能上的需要不可能里面也灌满水,因此在深海被压扁是难免的。


兔斯基聊科学


奉劝各位回答的人,不懂物理知识就不要强答扰乱视听。


首先鲸鱼是无法潜入“万米”深的。观测到的潜水最深的鲸鱼抹香鲸最深可以潜入到2000米左右;而普通潜艇的潜水深度只有几百米。


在回答为什么潜艇会被水压扁这个问题之前,我想先回答一下为什么我们人类不会被大气压扁。海平面的大气压有101.325kPa,假设人的皮肤表面积有1平方米,那么这一平方米承受的压力超过了10万牛顿,10万牛顿是个什么概念?一千克物体所受的重力大概是10牛顿。10万牛顿相当于1万千克,也就是10吨重的重量。10吨重的大气压压在你的皮肤上你都没有被压扁,为什么?


因为我们的血液和肺里面也含有气体,这些气体早已和外界大气形成了动态的压力平衡,我们完全不会感觉到大气压。同样的道理,鲸鱼除了肺部含有一些空气外,身体已经适应了海洋的压力,大量“充水”,可以潜入比人可以潜得深度深得多的地方。但是这也不代表它就可以一直深潜,因为它的肺也会因为支撑不了海水的压力而被挤爆。潜水艇内部需要留有空间供水兵行动和进行其他任务,无法充水抵抗海水压力,自然就会被压扁。我们人的肺占胸腔的绝大部分体积,内部的空气含量很多,一般潜水不深就会因为抵抗不了水压而难以呼吸。


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鲸鱼并不能够潜入万米,最多也就是潜入2000米的深度。常规潜艇深度也就300米左右,太深了就可能会导致船体损毁进水。



鲸鱼之所以可以下潜至2000米,是因为在2000米范围内,鲸鱼都可以调控体内压力。在鲸鱼下潜时,其血液会增加溶氧量促使内外压力平衡。在鲸鱼上升时,其血液内的氧气会被分离出来,调节压力下降。这样保持内外压平衡,鲸鱼就不会被深海巨大的压力压扁。



至于潜艇,因为内部空腔比较大,而且内部空腔是密闭系统,所以内外压力是完全不平衡的。潜艇内部压力只有一个大气压,而海水每10米一个大气压。到300米的时候已经有30个大气压了,相当于每平方米受力300吨重量,如此巨大的压力,足矣把潜艇压变扁损毁。除非是潜艇骨架承受能力比较强,才可以免受损毁。

这就是潜艇下潜深度不深的原因。


科学探秘频道


绝大多数海洋生物,包括鱼类、哺乳类,基本上都生活在海平面以下200米范围内。这是因为,太阳光基本上只能到达海平下200米。再深,阳光就无法穿透。而海洋浮游生物,依赖阳光才能生长。有了浮游生物,鱼贝类才有食物的来源。而大型海洋生物又依赖于吞食这些体型比较小的鱼类。所以说,绝大多数的海洋生物,都只能生活在这一范围内。



而200米以下,既寒冷又黑暗,只有为数较少的生物可以正常生存下去。鲸鱼是一种哺乳动物,由陆生动物进化而来。鲸鱼体型巨大,从几十米到几米都有,它们需要每天进食大量的食物。有的大型鲸鱼一天的食物达到数吨之多。所以,它需要长期游弋在食物丰富的海域。而超过海平面下200米,食物非常稀少,鲸鱼就没有必要下潜到这种位置。如果,海平面200米下也食物丰富,鲸鱼倒是可以经常的去。由于没有必要去,所以它的进化之路就维系在这个水平。假设,深海食物非常丰富,海洋生物倒是可能进化出一种潜入深海的身体机制。正因为那里食物稀少,所以海洋生物没有必要向那个方向进化。

水下深度越深,则压强越大。即使是坚固的金属潜艇,也需要特别的加固,否则就会被强大的水压压扁。在海底,某些贝类生物也存活,它们的外壳分布了众多细小的缝隙,所以体内和外面保持着一致的压强。这样,就可以让它们在很深的海底生存下去。


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