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,沉入馬裡亞納海溝要多久呢?看完長知識了。
神秘的馬裡亞納海溝
馬裡亞納海溝是人類已知的海洋最深處,位於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,馬裡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,由於處在板塊俯衝地帶,馬裡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。
整個馬裡亞納海溝呈弧形,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,因為這裡能達到1000個標準大氣壓,在這種情況下科學家要製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,並且人們還發現在這裡有著一些生物存在,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。
由於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公斤重的鐵球在馬裡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裡亞納海溝的深處。可能有人覺得需要十幾分鍾,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。
首先由於鐵球的密度明顯大於海水,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,所以並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。
不過事實並非如此,因為科學家在實驗中證明了海水並不會被無限制壓縮,哪怕是到了馬裡亞納海溝的最深處,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。這時候就要用到初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後,就能得出浮力大約為0.16N。
隨後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後勻速下沉的速度大約為10.7米/秒,這樣的話到達馬裡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後速度並不是一直穩定在10.7米/秒的,所以現實情況應該還會有變化。這樣的話,最後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。
並且,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後,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並不關注,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裡亞納海溝坐底之後,都拍攝到了海底生物來回遊動的畫面,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,在海洋汙染越來越嚴重的情況下,馬裡亞納海溝在未來可能會成為海洋當中的最後一片“淨土”。
可是,事實真是如此嗎?那些海洋當中的汙染物,真的無法穿越“重重海水”抵達這裡嗎?
塑料垃圾已經抵達海洋深處
很遺憾,根據目前的觀察來看,海洋當中已經不存在什麼淨土了,就連位於海洋最深處的馬裡亞納海溝也無法倖免。
此前,美國的一個研究團隊就乘坐潛水器抵達了馬裡亞納海溝,其下潛深度達到了10927米。
在這裡,他們看到了那些終年生活在黑暗當中的深淵生物,它們看起來長相和正常的魚沒什麼區別,不過“眼睛”應該都已經退化了,畢竟深海當中鮮少有光,除非夜視能力極強,不然即使有眼睛也沒用。
更讓人們驚訝的是,在長達四個多小時的探索當中,他們不僅看到了海中的各種生物,還發現了不少沉底的塑料袋以及包裝紙。
這就證明,人類丟進海里的那些塑料垃圾,其實早就悄無聲息地“侵入”了海底,將這片所謂的淨土也汙染了。
當然,最倒黴的估計還是海溝當中生存的生物。它們在這裡能夠吸收的營養物質本身就很少,主要依靠海底熱液的助力,如今各種塑料袋的到來,將本就貧瘠的海底汙染了,它們還要被迫“吸食”塑料顆粒。
因此,人類確實要把海洋汙染問題放在心上了,畢竟影響已經不侷限於某個海域了,連海底都無法倖免。