将一块砖头丢进1.1万米深的马里亚纳海沟,它多久能沉入海底?

我们都知道世界最高峰为珠穆朗玛峰,它的高度为8848米,位于喜马拉雅山脉山麓,珠穆朗玛峰是地球的最高点,如果地球是平的,那么站在珠穆朗玛峰的山顶,几乎可以看见地球的任何地方,作为地球的最高点,珠穆朗玛峰已经成为人尽皆知的地点,我们已经知道了地球的最高点,那么有多少人知道地球的最低点呢?

将一块砖头丢进1.1万米深的马里亚纳海沟,它多久能沉入海底?


马里亚纳海沟在菲律宾旁边,是目前人类探测到的地球最深处,有1万米深。这里是地球上最接近地心的地方,人类对于马里亚纳海沟是充满好奇的,科学家将其称为地球“深极”。但是因为科学技术的落后,人类一直无法进入深海研究。有人很好奇,这么深的海沟,一块砖头沉到海底需要花费多少时间呢。

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砖头能不能沉到1.1万米深的马里亚纳海沟底部,取决于砖头的密度大小。如果砖头的密度大于水,则砖头会沉到海底,反之,砖头不会沉到海底。这里以标准砖为例,这种砖头的密度约为1.8克/立方厘米,这要大于常压下海水的密度(1.03克/立方厘米)。不过,随着海水深度的增加,越往下的水受到的挤压作用越强(压强越高),这意味着密度也会更大,那么,深海中水的密度会超过砖头的密度吗?

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我们都知道海底中有压力,深度越深压力就越强,海水每增加10米,压力就增加一个大气压,海水的密度为1030Kg/m3 ,根据液体压强计算公式p=密度×gh计算,海底1000米左右的深度的压强就等于104 kgf/cm^2,这是什么概念呢?相当于人体在这个地方遭受453公斤的压力,不要说人体,砖头在这深度已经被压碎了,而马里亚纳海沟11034米深处的压强高达1100个大气压强,相当于1平方厘米的面积,最少需要承受1.1吨的重量,这个压力足以可以把一辆坦克给压扁

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为了简便计算,这里假设在海水阻力的作用下,砖头很快就能达到受力平衡,此时的速度即为终端速度,砖头将会以这个速度匀速下沉。砖头在下沉的过程中,总共会受到3个力的作用:(1)重力:G=mg,其中m为砖头的质量,g为重力加速度;(2)海水的浮力:Fb=ρgV,其中ρ为海水的密度,V为砖头的体积;(3)海水的阻力:Ff=1/2ρv^2ACd,其中v为砖头的终端速度,A为砖头的投影面积,Cd为阻力系数。可以看到,在砖头下沉的过程中,随着速度的不断增加,只有阻力会随着持续增加。当砖头的速度达到终端速度之时,阻力会增加到使得砖头达到受力平衡,则可得如下关系式:G-Fb-Ff=0对上式进行化简之后,可以得到砖头的终端速度计算公式为:

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假如砖头以面积最小的那一侧向下沉,那么,砖头的投影面积为6095平方毫米,另外阻力系数取值为0.47。由此可以算出砖头的终端速度约为2.73米/秒,所以砖头沉到马里亚纳海沟的底部最快也需要大约67分钟的时间。尽管马里亚纳海沟深处的压强非常大,科学家依然在马里亚纳海沟8000米左右的深度地区发现生存着一种鱼,这种鱼被叫做狮子鱼。它们所承受的压力相当于1600头大象同时踩在它们头上,但是它们却安然无恙,为什么会这样呢?因为这种狮子鱼已经适应了深海的生活,与其他鱼类不一样,狮子鱼为了适应海底强大的压强,鱼皮都给淘汰了,取而代之的是身体是一层几乎透明的薄膜,很是让人惊艳。

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