03.08 用绳子绑一个100斤重的实心铁球能沉到最深的海底吗?铁球会不会被水压得变形?

郭哥聊科学


其实相比于铁球变不变形,我倒是关心这根绳子,这根绳子莫非是铁做的?哈哈,确实是一根神奇的绳子了。不过我们回到问题,即使到达马里亚纳海沟最底部,这个铁球是不会有肉眼可见的变形的……但是如果这个铁球是空心的话,就会有很强烈的变形了。


为什么呢?每下降10米增加一个大气压,如果在水下11000多米的话,每平方厘米就需要承受一吨多的重量,如果铁球内部有空气的话,内外压力不一致,就会导致严重变形,甚至压碎铁球。如果是实心球的话,铁球不会发生明显形变。


除了铁球之外,我们还可以看看人类自己和深海鱼类。人类假如铁球换成人类,那这个画面就很不好了,因为人类的身体内满是空气,内外压力不平衡,所以……而深海鱼作为深海物种,它们的身体结构完全就是为了深海而生的。

首先是他们的细胞都拥有氧化三甲胺物质,普通的深海鱼,也就是3000到4000米左右的鱼类携带了两个氧化三甲胺物质,而马里亚纳蜗牛则拥有5个以上,另外这些深海鱼本身的身体结构也有适应……



铁球没有那么复杂,只需要对比铁的承压和是否空心就可以了。


宇宙与科学



为什么要用绳子绑着呢?怕万一沉底拿不上来了,可惜了这个铁球?还是想看看用了多少米绳子,以此来判断铁球是不是到底了?还是想提上来观察一下铁球是否变形?如果是这样,就不用问大家了,直接看实验结果就行了。如果不是这样,绑绳子真没必要,因为绑绳子有可能影响结果。地球上最深的海底是马里亚纳海沟,11000多米深,

那需要11公里长的绳子,如果连铁球加上绳子排开水的质量如果大于铁球和绳子的质量时,铁球就不会再往海底沉了,并且这个可能性很大,因为人们很少把铁链子叫绳,一般绳的密度要小于水的。

如果抛开绳的因素,单考虑铁球本身。这个问题也不难回答:铁球肯定能沉底,再深也能沉底,只要不到地球中心。因为铁球不论在多深的水中,受到的浮力几乎是不变的。这个浮力小于铁球的重力,所以铁球会越来越快地沉向海底。即使深海水的密度会变大,也不会增加7倍变成7900千克/米³的铁的密度。

至于铁球会不会被水压的变形,在这里首先要厘清几个概念。1,金属强度:在外力作用下,抵抗永久变形和断裂的能力。2,刚度:材料在受力下抵抗弹性变形的能力。3,塑性:在受外力作用下,材料能稳定发生永久变形而不破坏其完整性的能力。从题目可知最起码考验的是铁的刚度,即使弹性变形也是变形。弹性变形通俗讲就是去掉外力能恢复的形变。咱们先看看海底水压多大,根据P海底=ρ水gh=111Mpa,而铁的抗压能力为200MPa以上,所谓抗压能力就是抵抗物体永久形变的能力。从这里看,海底水压肯定不会把铁球永久变形,但肯定能使它有少量的弹性变形。


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地球上最深的地方就是马里亚纳海沟,这里测得最大深度为11034米,相当于1072个大气压。这样的压力确实很大,军用潜水艇大约只能到达400~500米的地方,只有特别制造的深海潜航器才能到达这里。

图:马里亚纳海沟

导演詹姆斯·卡梅隆在2012年曾驾驶单人深潜器“深海挑战者”号潜入了这里,老卡表示还想再尝试一次。

图:卡梅隆

的座驾

这样的深潜器进入到这里会发生较大的形变,不过这都是在可承受范围内。

一个铁球放到这里会发生形变吗?

我们假设这是一个均质的不含气泡的铁球。从微观角度考虑,它是会变形的,压力会作用于它的分子结构,使分子间的距离缩短。但这个形变是极其微弱的。

在地球这种环境中,我们几乎没有办法克服分子间的库仑力(外层电子均带负电荷,同性相斥),将其大幅压缩。但把这个铁球放到太阳核心处就不一样了。在太阳核心中压力极大,它的重压使得这里的物质密度达到了每立方厘米150克,铁的密度差不多是没立方厘米7.87克。铁球在这里会被大幅压缩。

图:太阳结构

如果铁球放到中子星内部,它的外层电子会被压入原子核,并与质子形成中子。它的密度会达到每立方厘米8000万吨~20亿吨。

图:中子星结构


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用绳子绑一个100斤重的实心铁球能沉到最深的海底吗?铁球会不会被水压得变形?

先肯定的回答,用绳子绑一个100斤重的实心铁球很容易沉到海底,不管海底有多深,都能沉到底,理论上铁球会被压得变形,只是程度太微小,用光谱级测量就会测出来,普通测量工具测不出来,直观的说没变形。

其实就是个内外压差的问题,不管在任何环境下,有压差就有变化,空气中的气球也是一个道理,气球漏气你就永远吹不大,铁球进入到海底,只是气球的反向过程,问题在于铁球的密度够大,水分子进不去铁球内部,理论上是内外有压差的,铁球内部支撑力足够大,不能说没有变形,只是差距太小,其他物体也一样,只要内部支撑力足够大,就抵抗的住巨大的压力,反之就变形报废,明白了内外压差根源,一切都迎刃而解,海底鱼之所以不被压坏就是因为身体内部和水压一样大,就是这个道理。


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地球上最深的海底是马里亚纳海沟。马里亚纳海沟深度可达11公里。马里亚纳海沟可以说是世界上最神秘的地方之一。这里海底的海水压力高达1100个地球标准大气压。于是很多朋友脑洞大开往马里亚纳海沟丢各种东西看看会发生什么有趣的事情?

如果绳子绑一个100斤重的实心铁球能够沉到最深的海底吗?这个毫无疑问,实心铁球只要是扔到水里,不管是扔到哪里它都是会沉底的。因为铁的密度大约是7.8克/立方厘米,是水的密度的7.8倍。因此,这个重量是100斤的实心铁球会毫无悬念的沉到马里亚纳海沟底部的。

图示:詹姆斯卡梅隆乘坐的潜水器潜到马里亚纳海沟

马里亚纳海沟的最深处海水的压力可高达1100个地球标准大气压。这相当于1平方厘米的面积上要承受着大约1137公斤的压力。如果是人沉到了这个地方,那肯定是被压扁了。但是如果是一个重量是100斤的实心铁球沉到这里是不会被压得变形的。100斤的实心铁球的直径只有大约23厘米。铁球这么小的直径导致铁球上下压力差非常小,根本不会使铁球变形。别说是实心的铁球了,就连石头沉到海底也不可能被压碎的。

图示:詹姆斯卡梅隆潜到马里亚纳海沟

2012年的时候,美国好莱坞著名导演詹姆斯卡梅隆曾经只身一人潜到了马里亚纳海沟。他乘坐的潜水器在海底逗留了两三个小时后并安全的返回到了海面上。人类乘坐的潜水器和实心的铁球比起来,要承受更大的压力,因为它是空心的。潜水器里面的大气压只有一个大气压,即使是这样,潜水器也没有被压变形。那么实心的铁球更不会被压变形的。

对此朋友是怎么看的呢?


兔斯基聊科学


答:如果实心铁球的表面非常致密,水不会很快浸入的话,实心铁球会有微小变形,小到肉眼观察不到。


一个大气压强大概是10.336米水柱,也就是说在水中每下降约10米,水压就会增加一个大气压;世界上最深的地方,是位于北太平洋的马里亚纳海沟,最深处有11034米,该处压力为:

P=ρgh=1.081*10^8pa;

也就是1067个大气压,相当于在1平方厘米的面积上,要承受1.1吨的重量,这足以把人体压扁,借助特制的深海潜水器能够到达这里。


即便这里压强很高,也有生命存在,深海动物体内有着差不多的压强,使得它们体内外压强抵消,所以自身不会被外部的水压压扁;但是把它们带到浅海时,身体就会因为内部压力高而膨胀破裂。

对于一个没有生锈的实心铁球,由于水分子无法在短时间内浸入其中,所以铁球沉到海底时,也会承受巨大的水压,100斤铁球直径大约23厘米(密度7.9g/cm^3),表面积0.166平方米。

那么在整个球体表面,相当于承受7260吨的重量,铁球本身存在压应力,足以把铁球的体积稍微压缩一下,直径缩小大约几十微米,肉眼根本看不出来。


在2012年,好莱坞著名导演詹姆斯·卡梅隆,他的团队制作了一艘名为“深海挑战号”的潜水器,外层是6.4厘米承压钢板,他本人就乘坐深海挑战号潜入马里亚纳海沟10929米深度,回到水面后,潜水器的长度缩短了7厘米。

潜水器的内部是空心的,承受外部压力的能力要弱很多,形变是因为内外压差,和实心球形变有区别;而沉入海底的实心铁球,会被海水慢慢腐蚀,并在表面产生细孔让海水浸入,然后海水逐渐腐蚀掉整个铁球。

而沉入海底的石块,由于石块的成分复杂,表面没有实心铁球那么致密,于是海水会更快浸入石块内部,使得石块内外压应力达到平衡。


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哈哈哈,笑死人了。记得前面有个笑话,说:在一个博士群里有人问,从万米高空下来个雨滴,能把人砸成什么样,大家开始运用所学物理知识重力,加速度,摩擦力,压强等等运算,这时一个初中毕业的说,你站在雨里淋一会不就知道啦,顿时群里鸦雀无声,随后初中生被踢出了博士群。

其实和这个问题一模一样,再深的海底总有石头,礁石,鱼类或者其他生物呀,他们都没被压碎,难道把能铁块怎么样。

太搞笑了,让我先笑一会!


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这个问题很简单,只要它是一个标准的圆球形状,它就绝对不会变形!

为什么?因为球体的主要性能就是它表面任何一微小的点或某一部分,在受到外力作用的情况下,其外来的作用力会由于球体的形态特征性能,把力瞬间平均的传递到整个球体上,也就是说球体的每一部分受到的力是相等即均匀的。相应球体绝对不会产生因某一部分受力而产生变形的情况发生!高压能量是可以造成球体内部物质致密的现象发生,但在球体形态特殊性能效应下,这种能量是均匀存在的,只能造成球体大小的些许变化,不会改变球体的形态特征,更何况水底的压强也是相等的!

是故球体的形态特征性能自然形成为其空间各部分能量分布的均匀态,从而也自然形成为一种永恒的和谐现象,而这种永恒和谐的现象生成机制也造就了宇宙永恒和谐存在的根本原因!所以宇宙也就是一个无限大的球体!因而名之为一“○”宇宙。



易境2


铁球的密度是7900kg/m3,比水的大7.9倍,而且还是实心的。所以毋庸置疑,这个铁球可以轻松的沉入海底。



铁球沉入海底之后并不会被海水压的变行。我们都知道铁比石头硬,而海底可以存在石头,即海底连石头都压不垮,更别说把一个实心铁球压变形了。目前最深的海沟是靠近日本的马里亚纳海沟,深度有1万1千多米,这么深的海洋压力虽然高达1000多个大气压,但是对于铁球来说,这点压力更本就不算事。



特别是铁球还是圆的,各个方面承受的海水压力都指向球心,而100斤的铁球体积只有0.0063立方米,半径只有0.11米,如此小的半径只能够导致铁球上下压力差为2300pa,基本上可以忽略不计。所以铁球想要向某个方向形变是根本不可能的。而向内部收缩,更是不可能。因为想要把两个铁原子压的更近一点,需要的力大的无法想象,估计需要白矮星内核那么大的压力才行。



这就像地球内部压力虽然无穷大,但是中心却是固体核一样。外部压力再大,但只要受力均匀,就不可能把原子压的更近一点或者“压碎”,除非外部压力像中子星内核那么大。


科学探秘频道


不考虑绳子材质的前提下,这颗铁球是绝对是沉入海底的(马里亚纳海沟,最深处深度在十一公里左右);其次实心铁球的变形也是肯定会有的,但肉眼无法明显识别出(就好像你用力压石桌,理论上桌子会下凹,但肉眼肯定是看不出的)。

而且要说明的是,这个变形还不是那种因为内外压强的关系而导致的变形。如果说一件中空的圆形薄皮铁球,在一定深度下肯定会因为内外压强的关系而导致瘪掉,这一点大家都是熟知的。


但实际上,这种变形更多的是指形状上的变化(比如空心球瘪掉了),而非题目中所讲的那种物体所占据的空间体积变小的变形(比如原子间距短了,属于弹性变形)。正如前几位科学答主计算的那样,这颗铁球的尺度会缩小大约22微米左右。

但是这样程度的体积变化实在是过于渺小,忽略不计即可。

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