如果把瓦片扔到馬裡亞納海溝,它會沉到海底嗎?需要多長時間?

木幽書


如果把一塊磚頭扔向馬裡亞納海溝,那它會沉到海底嗎?如果會沉到海底,那又需要多長的時間?磚頭能不能沉到1.1萬米深的馬裡亞納海溝底部,取決於磚頭的密度大小。如果磚頭的密度大於水,則磚頭會沉到海底,反之,磚頭不會沉到海底。這裡以標準磚為例,這種磚頭的密度約為1.8克/立方厘米,這要大於常壓下海水的密度(1.03克/立方厘米)。不過,隨著海水深度的增加,越往下的水受到的擠壓作用越強(壓強越高),這意味著密度也會更大,那麼,深海中水的密度會超過磚頭的密度嗎?

水是緻密的液體,海水也不例外。我們都知道海水的密度範圍在1.02~1.07之間,也就是說即便是在最深的海底,海水的密度與淺層海水差異不大。由此可見,水泥磚的密度始終而且是明顯大於海水的密度,並且從各個方向對磚塊所施加的壓力幾乎是相等的,因此不管壓力怎樣增大將一塊水泥磚丟到馬裡亞納海溝是可以往下沉的,只是下沉的速度以及沉入海底的時間問題。不考慮水的波動因素,水泥磚下沉速度與時長則與水泥磚不同的面朝下有直接關係,通常情況下,長與寬形成的面朝下阻力最大,下沉速度最慢,而寬與高形成的面朝下,阻力最小,下沉速度最快。不過,由於海洋之水洶湧澎湃,並且水體水平面和垂直面存在密度流等水體的交換,因此一塊磚頭在下沉過程中,由於海水的擾動勢必也會一波三折。

木衛三的參數:它是太陽系最大的衛星,直徑大於水星,質量是水星的一半,據哈勃望遠鏡分析木衛三光譜後認為其海洋深達400千米!甚至有科學家估計其海洋分層三個層次,每層約400千米!木衛三的海洋深度可能超過1000千米,當然無論其多深,超過217千米即可,因為這是磚塊能不能沉底的關鍵!在木衛三上,磚塊大約會停留在217-220千米的水層中,因為此處是兩者密度平衡點!


湯姆科普


瓦片扔到馬裡亞納海溝會不會沉到海底?

馬裡亞納海溝位於太平洋底,有2550公里長,平均寬度70公里,探測到的最深處達11929米,海水密度隨著鹽度以及深度而不同。

表面處海水密度一般為1.03g/ml,水的壓縮性並是不是很強,一萬米水柱的壓強,海水密度僅僅增加約5%,馬裡亞納海溝處的海水密度約為1.08g/ml,即1080kg/m3,如果瓦塊的密度大於這個值,根據阿基米德原理,瓦塊肯定就是會下沉的。

查詢建築行業標準:瓦塊長33cm、寬:21cm,厚度2cm,密度約1800kg/m3,大於馬裡亞納海溝處的海水密度1080kg/m3。

因此如果將瓦片扔到馬裡亞納海溝上方,必然會沉到海底的。

需要多長時間落入海底?

瓦塊在水中受到三個力,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為海里阻力系數,20攝氏度時為1.005,ρ為海水密度,v為下降速度,S為垂直於下降的橫截面。

從上面的式子可看出,下降的速度越快,阻力越大,當滿足阻力和浮力之和等於重力時,瓦塊受力達到平衡,以平衡時的速度勻速下降,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;

假設瓦片是水平下落,即最大截面下落,此時根據,重力G=浮力f+阻力F,帶入以上數據可以得出速度v=16.86米/秒。

這就是達到平衡時的下落速度,此後瓦片就以此速度下降,所需的時間就是11929÷16.86=707秒,即約11.8分鐘就已經到底了。

這是瓦片以最大截面下降,實際中瓦片與下落方向垂直的截面不一定是最大截面,下落的時間會小於這個值的。

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核先生科普


當然會沉到底。

瓦片在運動中受到水的阻力和重力作用,阻力可表示為f=kv^2,當下沉速度v逐漸加快導致f=mg時,瓦塊開始勻速運動,速度不再變化,沉到底的時間大約可表示為t=H/v。

但瓦塊表面形狀不規則,常數k不能精確得出,因此要想知道正確答案,扔一塊試試,實踐是檢驗真理的唯一標準!

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