如果把瓦片扔到马里亚纳海沟,它会沉到海底吗?需要多长时间?

木幽书


如果把一块砖头扔向马里亚纳海沟,那它会沉到海底吗?如果会沉到海底,那又需要多长的时间?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?

水是致密的液体,海水也不例外。我们都知道海水的密度范围在1.02~1.07之间,也就是说即便是在最深的海底,海水的密度与浅层海水差异不大。由此可见,水泥砖的密度始终而且是明显大于海水的密度,并且从各个方向对砖块所施加的压力几乎是相等的,因此不管压力怎样增大将一块水泥砖丢到马里亚纳海沟是可以往下沉的,只是下沉的速度以及沉入海底的时间问题。不考虑水的波动因素,水泥砖下沉速度与时长则与水泥砖不同的面朝下有直接关系,通常情况下,长与宽形成的面朝下阻力最大,下沉速度最慢,而宽与高形成的面朝下,阻力最小,下沉速度最快。不过,由于海洋之水汹涌澎湃,并且水体水平面和垂直面存在密度流等水体的交换,因此一块砖头在下沉过程中,由于海水的扰动势必也会一波三折。

木卫三的参数:它是太阳系最大的卫星,直径大于水星,质量是水星的一半,据哈勃望远镜分析木卫三光谱后认为其海洋深达400千米!甚至有科学家估计其海洋分层三个层次,每层约400千米!木卫三的海洋深度可能超过1000千米,当然无论其多深,超过217千米即可,因为这是砖块能不能沉底的关键!在木卫三上,砖块大约会停留在217-220千米的水层中,因为此处是两者密度平衡点!


汤姆科普


瓦片扔到马里亚纳海沟会不会沉到海底?

马里亚纳海沟位于太平洋底,有2550公里长,平均宽度70公里,探测到的最深处达11929米,海水密度随着盐度以及深度而不同。

表面处海水密度一般为1.03g/ml,水的压缩性并是不是很强,一万米水柱的压强,海水密度仅仅增加约5%,马里亚纳海沟处的海水密度约为1.08g/ml,即1080kg/m3,如果瓦块的密度大于这个值,根据阿基米德原理,瓦块肯定就是会下沉的。

查询建筑行业标准:瓦块长33cm、宽:21cm,厚度2cm,密度约1800kg/m3,大于马里亚纳海沟处的海水密度1080kg/m3。

因此如果将瓦片扔到马里亚纳海沟上方,必然会沉到海底的。

需要多长时间落入海底?

瓦块在水中受到三个力,即重力G、海水浮力f、水的阻力F;

水的阻力F=1/2*C*ρ*v^2*S;

其中C为海里阻力系数,20摄氏度时为1.005,ρ为海水密度,v为下降速度,S为垂直于下降的横截面。

从上面的式子可看出,下降的速度越快,阻力越大,当满足阻力和浮力之和等于重力时,瓦块受力达到平衡,以平衡时的速度匀速下降,直到海底。

重力G=mg=33*21*2*1.8*10=24948N;

浮力f=Vρg=33*21*2*1.05*10=14553N;

假设瓦片是水平下落,即最大截面下落,此时根据,重力G=浮力f+阻力F,带入以上数据可以得出速度v=16.86米/秒。

这就是达到平衡时的下落速度,此后瓦片就以此速度下降,所需的时间就是11929÷16.86=707秒,即约11.8分钟就已经到底了。

这是瓦片以最大截面下降,实际中瓦片与下落方向垂直的截面不一定是最大截面,下落的时间会小于这个值的。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


当然会沉到底。

瓦片在运动中受到水的阻力和重力作用,阻力可表示为f=kv^2,当下沉速度v逐渐加快导致f=mg时,瓦块开始匀速运动,速度不再变化,沉到底的时间大约可表示为t=H/v。

但瓦块表面形状不规则,常数k不能精确得出,因此要想知道正确答案,扔一块试试,实践是检验真理的唯一标准!

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