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如果把瓦片扔进马里亚纳海沟,它会沉到最深处吗?

全球海洋的均匀深度将近3700米,其间最深之处坐落西太平洋的马里亚纳海沟,它的最深处是深达11000米的挑战者深渊。我们把一块瓦片扔进马里亚纳海沟中,那么,瓦片能否沉到底部?瓦片在海洋深处会被压碎吗?…

全球海洋的均匀深度将近3700米,其间最深之处坐落西太平洋的马里亚纳海沟,它的最深处是深达11000米的挑战者深渊。

我们把一块瓦片扔进马里亚纳海沟中,那么,瓦片能否沉到底部?瓦片在海洋深处会被压碎吗?我们瓦片能沉到海底,需求多久?

依据液体压强公式:p=ρgh

跟着深度的添加,海水的密度、重力加速度都会随之添加,所以压强也会敏捷添加。不过,海水的密度和重力加速度随深度改变并不大,能够以为这两个参数是常数。海水的密度一般为1030千克/立方米,挑战者深渊中的海水密度为1080千克/立方米,液体是很难被紧缩的。

由上述公式可知,海水的深度添加大约10米,水压就会随之添加1个地表大气压。在1000米深的当地,水压会到达100个地表大气压。而在挑战者深渊中,水压将会高达1100个地表大气压。

已然水压这么高,我们把瓦片放在马里亚纳海沟的底部,这是否意味着瓦片会被压碎?

瓦片是实心的固体,通过海水的充沛滋润之后,瓦片表里并不会发生压力差,即使挑战者深渊中的水压十分高,瓦片也是不会被海水压碎的。倘若是一个空心的物体,例如,一个空的密闭瓶子,瓶子内的气压为1个大气压,我们把它放到满足深的海水中,瓶子就会由于巨大的压力差而被压扁。

在马里亚纳海沟中,科学家发现了一些栖居于此的生物,它们身体表里的压力处于平衡状况,所以它们能够适用深海的巨大水压。我们把这些深海生物捞上来,它们会无法习惯低压环境而逝世,这就好像人类在毫无防护的状况下去太空相同。

除了深海生物,人类还在海洋底部发现了塑料袋。已然塑料袋都能沉到海洋底部,密度更大的瓦片必定也是能够沉到海底。那么,瓦片沉到挑战者深渊中需求多少时刻呢?

在瓦片下沉过程中,瓦片会一起遭到三个力的效果,分别是向下的重力:

G=mg

其间m为瓦片的质量,g为重力加速度。

向上的浮力:

Fb=ρgV

其间ρ为海水密度,V为瓦片的体积。

瓦片在下沉过程中,其表面会覆盖上一层水,构成速度梯度,这会阻止瓦片下落,这个力为粘滞阻力:

Fv=1/2Cρv^2A

其间C为阻力系数,A为瓦片的面积,v为瓦片的下沉速度。

因而,瓦片所遭到的合力为:

F=G-Fb-Fv

跟着瓦片的下落,速度变得越来越快,粘滞阻力变得越来越大,合力变得越来越小。当瓦片的速度到达临界值时,粘滞阻力大到刚好使合力变为零,瓦片将会开端匀速下降,此刻的速度即为终末速度。尔后,瓦片的粘滞阻力不再见添加,合力坚持为零,瓦片会一向匀速下沉。依据上式能够得到终末速度公式为:

我们考虑一片小青瓦的长度为250毫米,宽度为200毫米,厚度为20毫米,密度为1600千克/立方米,阻力系数取0.9,瓦片以面积最大的那一面下沉,由此能够计算出瓦片的终末速度约为0.49米/秒。

至于瓦片到达终末速度所需的时刻以及对应的下落高度,需求树立微分方程才干进行准确求解,这儿就不再打开。假定瓦片以0.49米/秒的速度下沉到马里亚纳海沟的最深处,所需的时刻约为6.2小时。

当然,上述仅仅抱负情况下的计算结果。在实际中,瓦片不可能一直以面积最大的那一面下沉。并且海洋中的水并非静寂的,瓦片也不可能竖直落到马里亚纳海沟的底部。

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