03.04 用繩子綁一個100斤重的實心鐵球能沉到最深的海底嗎?鐵球會不會被水壓得變形?

郭哥聊科學


先說答案:鐵球一定會沉到最深的海底,而且基本不會變形。

理由:1、密度(又稱比重)大的物質下沉,密度小的物質上浮。水的密度一般定為1(4度純水),即1個立方厘米為1克,海水由於含有鹽分,密度稍大,約為1.03;鐵的密度約為7.8,即一個立方厘米為7.8克。鐵的比重比水高出7.8倍,而這個鐵球是實心的,水當然無法託浮住鐵球,所以只能無可奈何的任其下沉。

當然要沉到那個世界最深的馬裡亞納海溝11034米的深淵,需要對準那個地方落下,而且確保在掉落的中間不會被洋流衝跑。2、在馬裡亞納海溝壓力約1100個大氣壓強,這些壓強作用在整個鐵球表面雖然承受7000多噸的壓力,但這種壓力是平衡的壓在整個圓面上,就像把雞蛋握在掌心怎麼使勁也握不破。如果這些壓強作用在一個點,這個鐵球就會壓出一個坑。因此這種壓強對實心鐵球影響雖然有,但很微弱,肉眼是看不出來的。這個鐵球有6410立方厘米,就是一個約23釐米直徑的鐵球,和一個足球差不多。

如果是一個密封的空心鐵球或者鐵盒子,這就很難說了,如果強度不夠的話,就會被壓癟。這是因為氣體是不耐壓的。用鋼鐵做成的潛水艇,由於內部是空的,就需要做得很厚或者用特殊工藝,才能抗壓,而且潛水深度有。但一些沉入海底的船艦為什麼沒有變形呢?這是因為海水從沉船的破洞裡進滿了海水,內外壓差平衡了,就互相抵禦了壓力。

所以對抗壓力除了密度大的物質硬抗外,還可以採取內外壓平衡的辦法,使壓力自己與自己對抗來緩解。

深海里的魚或其他動物之所有能夠在強大的壓力中生活,是因為其身體內部壓力與外部承受的壓力相等,就能夠自由自在的在深海中生活;長期在淺海或者陸地生活的動物,沒有這種功能就無法進入深海,否則就會被強大的壓力擠癟;而深海中的動物則無法適應淺海,所以深海的魚類在打撈上來後會立即死亡。

我們人類長期在1個大氣壓左右狀態下生活,因此既怕壓力大也怕壓力小。所以沒有經過訓練潛水就潛不了幾米深,即使受過訓練,深度也有極限,否則就會死亡;在太空真空環境下,壓力極低,必須穿宇航服保護,否則不光會憋死,而且身體裡的氣體和血液會被低壓抽出爆裂。

還有一個典型的例子就是坐飛機,在上升和下降時由於壓差的變化,會感到耳膜被壓力壓得很疼,這時有些人以為捏著鼻孔使勁鼓氣就能抵消,其實是錯誤的,毫無效果。

人的耳朵有外耳道和中耳道,這兩道中間有一個耳鼓膜隔開。飛機起飛下降過程,由於高度變化導致氣壓變化,這種變化只作用了外耳道耳鼓膜,導致鼓膜變形使人感到不適。

人類咽喉有一個咽鼓管與中耳道相通,但平時是閉塞的,只有吞嚥時或者打哈欠時會張開。因此在這個時候你只要做一些吞嚥動作或者打哈欠,尤其是打哈欠會把咽鼓管完全張開,這樣等壓的氣體就會通過咽鼓管到中耳道里,與外面氣體抗衡,內外壓差平衡了,耳膜就恢復正常了,人就舒服了。所以,在飛機起飛降落時,只要不斷的打哈欠,就不會導致耳膜受壓。

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為什麼要用繩子綁著呢?怕萬一沉底拿不上來了,可惜了這個鐵球?還是想看看用了多少米繩子,以此來判斷鐵球是不是到底了?還是想提上來觀察一下鐵球是否變形?如果是這樣,就不用問大家了,直接看實驗結果就行了。如果不是這樣,綁繩子真沒必要,因為綁繩子有可能影響結果。地球上最深的海底是馬裡亞納海溝,11000多米深,

那需要11公里長的繩子,如果連鐵球加上繩子排開水的質量如果大於鐵球和繩子的質量時,鐵球就不會再往海底沉了,並且這個可能性很大,因為人們很少把鐵鏈子叫繩,一般繩的密度要小於水的。

如果拋開繩的因素,單考慮鐵球本身。這個問題也不難回答:鐵球肯定能沉底,再深也能沉底,只要不到地球中心。因為鐵球不論在多深的水中,受到的浮力幾乎是不變的。這個浮力小於鐵球的重力,所以鐵球會越來越快地沉向海底。即使深海水的密度會變大,也不會增加7倍變成7900千克/米³的鐵的密度。

至於鐵球會不會被水壓的變形,在這裡首先要釐清幾個概念。1,金屬強度:在外力作用下,抵抗永久變形和斷裂的能力。2,剛度:材料在受力下抵抗彈性變形的能力。3,塑性:在受外力作用下,材料能穩定發生永久變形而不破壞其完整性的能力。從題目可知最起碼考驗的是鐵的剛度,即使彈性變形也是變形。彈性變形通俗講就是去掉外力能恢復的形變。咱們先看看海底水壓多大,根據P海底=ρ水gh=111Mpa,而鐵的抗壓能力為200MPa以上,所謂抗壓能力就是抵抗物體永久形變的能力。從這裡看,海底水壓肯定不會把鐵球永久變形,但肯定能使它有少量的彈性變形。


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地球上最深的地方就是馬裡亞納海溝,這裡測得最大深度為11034米,相當於1072個大氣壓。這樣的壓力確實很大,軍用潛水艇大約只能到達400~500米的地方,只有特別製造的深海潛航器才能到達這裡。

圖:馬裡亞納海溝

導演詹姆斯·卡梅隆在2012年曾駕駛單人深潛器“深海挑戰者”號潛入了這裡,老卡表示還想再嘗試一次。

圖:卡梅隆

的座駕

這樣的深潛器進入到這裡會發生較大的形變,不過這都是在可承受範圍內。

一個鐵球放到這裡會發生形變嗎?

我們假設這是一個均質的不含氣泡的鐵球。從微觀角度考慮,它是會變形的,壓力會作用於它的分子結構,使分子間的距離縮短。但這個形變是極其微弱的。

在地球這種環境中,我們幾乎沒有辦法克服分子間的庫侖力(外層電子均帶負電荷,同性相斥),將其大幅壓縮。但把這個鐵球放到太陽核心處就不一樣了。在太陽核心中壓力極大,它的重壓使得這裡的物質密度達到了每立方厘米150克,鐵的密度差不多是沒立方厘米7.87克。鐵球在這裡會被大幅壓縮。

圖:太陽結構

如果鐵球放到中子星內部,它的外層電子會被壓入原子核,並與質子形成中子。它的密度會達到每立方厘米8000萬噸~20億噸。

圖:中子星結構


講科學堂


用繩子綁一個100斤重的實心鐵球能沉到最深的海底嗎?鐵球會不會被水壓得變形?

先肯定的回答,用繩子綁一個100斤重的實心鐵球很容易沉到海底,不管海底有多深,都能沉到底,理論上鐵球會被壓得變形,只是程度太微小,用光譜級測量就會測出來,普通測量工具測不出來,直觀的說沒變形。

其實就是個內外壓差的問題,不管在任何環境下,有壓差就有變化,空氣中的氣球也是一個道理,氣球漏氣你就永遠吹不大,鐵球進入到海底,只是氣球的反向過程,問題在於鐵球的密度夠大,水分子進不去鐵球內部,理論上是內外有壓差的,鐵球內部支撐力足夠大,不能說沒有變形,只是差距太小,其他物體也一樣,只要內部支撐力足夠大,就抵抗的住巨大的壓力,反之就變形報廢,明白了內外壓差根源,一切都迎刃而解,海底魚之所以不被壓壞就是因為身體內部和水壓一樣大,就是這個道理。


驛動星期六


答:如果實心鐵球的表面非常緻密,水不會很快浸入的話,實心鐵球會有微小變形,小到肉眼觀察不到。


一個大氣壓強大概是10.336米水柱,也就是說在水中每下降約10米,水壓就會增加一個大氣壓;世界上最深的地方,是位於北太平洋的馬裡亞納海溝,最深處有11034米,該處壓力為:

P=ρgh=1.081*10^8pa;

也就是1067個大氣壓,相當於在1平方釐米的面積上,要承受1.1噸的重量,這足以把人體壓扁,藉助特製的深海潛水器能夠到達這裡。


即便這裡壓強很高,也有生命存在,深海動物體內有著差不多的壓強,使得它們體內外壓強抵消,所以自身不會被外部的水壓壓扁;但是把它們帶到淺海時,身體就會因為內部壓力高而膨脹破裂。

對於一個沒有生鏽的實心鐵球,由於水分子無法在短時間內浸入其中,所以鐵球沉到海底時,也會承受巨大的水壓,100斤鐵球直徑大約23釐米(密度7.9g/cm^3),表面積0.166平方米。

那麼在整個球體表面,相當於承受7260噸的重量,鐵球本身存在壓應力,足以把鐵球的體積稍微壓縮一下,直徑縮小大約幾十微米,肉眼根本看不出來。


在2012年,好萊塢著名導演詹姆斯·卡梅隆,他的團隊製作了一艘名為“深海挑戰號”的潛水器,外層是6.4釐米承壓鋼板,他本人就乘坐深海挑戰號潛入馬裡亞納海溝10929米深度,回到水面後,潛水器的長度縮短了7釐米。

潛水器的內部是空心的,承受外部壓力的能力要弱很多,形變是因為內外壓差,和實心球形變有區別;而沉入海底的實心鐵球,會被海水慢慢腐蝕,並在表面產生細孔讓海水浸入,然後海水逐漸腐蝕掉整個鐵球。

而沉入海底的石塊,由於石塊的成分複雜,表面沒有實心鐵球那麼緻密,於是海水會更快浸入石塊內部,使得石塊內外壓應力達到平衡。


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地球上最深的海底是馬裡亞納海溝。馬裡亞納海溝深度可達11公里。馬裡亞納海溝可以說是世界上最神秘的地方之一。這裡海底的海水壓力高達1100個地球標準大氣壓。於是很多朋友腦洞大開往馬裡亞納海溝丟各種東西看看會發生什麼有趣的事情?

如果繩子綁一個100斤重的實心鐵球能夠沉到最深的海底嗎?這個毫無疑問,實心鐵球只要是扔到水裡,不管是扔到哪裡它都是會沉底的。因為鐵的密度大約是7.8克/立方厘米,是水的密度的7.8倍。因此,這個重量是100斤的實心鐵球會毫無懸念的沉到馬裡亞納海溝底部的。

圖示:詹姆斯卡梅隆乘坐的潛水器潛到馬裡亞納海溝

馬裡亞納海溝的最深處海水的壓力可高達1100個地球標準大氣壓。這相當於1平方釐米的面積上要承受著大約1137公斤的壓力。如果是人沉到了這個地方,那肯定是被壓扁了。但是如果是一個重量是100斤的實心鐵球沉到這裡是不會被壓得變形的。100斤的實心鐵球的直徑只有大約23釐米。鐵球這麼小的直徑導致鐵球上下壓力差非常小,根本不會使鐵球變形。別說是實心的鐵球了,就連石頭沉到海底也不可能被壓碎的。

圖示:詹姆斯卡梅隆潛到馬裡亞納海溝

2012年的時候,美國好萊塢著名導演詹姆斯卡梅隆曾經隻身一人潛到了馬裡亞納海溝。他乘坐的潛水器在海底逗留了兩三個小時後並安全的返回到了海面上。人類乘坐的潛水器和實心的鐵球比起來,要承受更大的壓力,因為它是空心的。潛水器裡面的大氣壓只有一個大氣壓,即使是這樣,潛水器也沒有被壓變形。那麼實心的鐵球更不會被壓變形的。

對此朋友是怎麼看的呢?


兔斯基聊科學


哈哈哈,笑死人了。記得前面有個笑話,說:在一個博士群裡有人問,從萬米高空下來個雨滴,能把人砸成什麼樣,大家開始運用所學物理知識重力,加速度,摩擦力,壓強等等運算,這時一個初中畢業的說,你站在雨裡淋一會不就知道啦,頓時群裡鴉雀無聲,隨後初中生被踢出了博士群。

其實和這個問題一模一樣,再深的海底總有石頭,礁石,魚類或者其他生物呀,他們都沒被壓碎,難道把能鐵塊怎麼樣。

太搞笑了,讓我先笑一會!


知行合一zxhy


這個問題很簡單,只要它是一個標準的圓球形狀,它就絕對不會變形!

為什麼?因為球體的主要性能就是它表面任何一微小的點或某一部分,在受到外力作用的情況下,其外來的作用力會由於球體的形態特徵性能,把力瞬間平均的傳遞到整個球體上,也就是說球體的每一部分受到的力是相等即均勻的。相應球體絕對不會產生因某一部分受力而產生變形的情況發生!高壓能量是可以造成球體內部物質緻密的現象發生,但在球體形態特殊性能效應下,這種能量是均勻存在的,只能造成球體大小的些許變化,不會改變球體的形態特徵,更何況水底的壓強也是相等的!

是故球體的形態特徵性能自然形成為其空間各部分能量分佈的均勻態,從而也自然形成為一種永恆的和諧現象,而這種永恆和諧的現象生成機制也造就了宇宙永恆和諧存在的根本原因!所以宇宙也就是一個無限大的球體!因而名之為一“○”宇宙。



易境2


鐵球的密度是7900kg/m3,比水的大7.9倍,而且還是實心的。所以毋庸置疑,這個鐵球可以輕鬆的沉入海底。



鐵球沉入海底之後並不會被海水壓的變行。我們都知道鐵比石頭硬,而海底可以存在石頭,即海底連石頭都壓不垮,更別說把一個實心鐵球壓變形了。目前最深的海溝是靠近日本的馬裡亞納海溝,深度有1萬1千多米,這麼深的海洋壓力雖然高達1000多個大氣壓,但是對於鐵球來說,這點壓力更本就不算事。



特別是鐵球還是圓的,各個方面承受的海水壓力都指向球心,而100斤的鐵球體積只有0.0063立方米,半徑只有0.11米,如此小的半徑只能夠導致鐵球上下壓力差為2300pa,基本上可以忽略不計。所以鐵球想要向某個方向形變是根本不可能的。而向內部收縮,更是不可能。因為想要把兩個鐵原子壓的更近一點,需要的力大的無法想象,估計需要白矮星內核那麼大的壓力才行。



這就像地球內部壓力雖然無窮大,但是中心卻是固體核一樣。外部壓力再大,但只要受力均勻,就不可能把原子壓的更近一點或者“壓碎”,除非外部壓力像中子星內核那麼大。


科學探秘頻道


不考慮繩子材質的前提下,這顆鐵球是絕對是沉入海底的(馬裡亞納海溝,最深處深度在十一公里左右);其次實心鐵球的變形也是肯定會有的,但肉眼無法明顯識別出(就好像你用力壓石桌,理論上桌子會下凹,但肉眼肯定是看不出的)。

而且要說明的是,這個變形還不是那種因為內外壓強的關係而導致的變形。如果說一件中空的圓形薄皮鐵球,在一定深度下肯定會因為內外壓強的關係而導致癟掉,這一點大家都是熟知的。


但實際上,這種變形更多的是指形狀上的變化(比如空心球癟掉了),而非題目中所講的那種物體所佔據的空間體積變小的變形(比如原子間距短了,屬於彈性變形)。正如前幾位科學答主計算的那樣,這顆鐵球的尺度會縮小大約22微米左右。

但是這樣程度的體積變化實在是過於渺小,忽略不計即可。

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