把一块砖扔进马里亚纳海沟,砖头会被压碎吗?多久能到海底?( 二 )
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11000米的位置海水密度大约为1050千克/立方米 。 再加上海水中含有各种无机物和矿物杂质 , 所以密度会更大一点 。 大致推算下来 , 马里亚纳海沟最深处的海水密度不超过1080千克/立方米 。
一块普通的砖头密度大概是1800千克/立方米 , 这个密度远超砖头下沉到马里亚纳海沟底部的标准 , 所以仅从密度上来看 , 砖头是可以沉到马里亚纳海沟最深处的 。
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砖头沉入马里亚纳海沟需要多久?
马里亚纳海沟中是含盐量很高的海水 , 因为海水中包含了盐 , 密度比淡水密度更大 。 所以海水的浮力也要比淡水的浮力更大 。 所以一块砖头在海水中受到的阻力要更大一些 。
不过 , 由于砖头有极强的渗水能力 , 所以进入海水不久后就会吸收大量的海水 , 把自己的密度提高到一个峰值 。 密度增加以后 , 砖头的下降速度也会大大提高 。
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就像是你在水桶中放入一块海绵 , 一开始海绵只会漂浮在水面慢慢吸水 。 随着时间的推移 , 海绵吸水的速度会越来越快同时向水中下沉 , 等到海绵完全吸收满了水分 , 就会以自身最快的速度沉到水桶底部 。
根据有关数据显示 , 砖头在淡水中下沉时 , 一开始速度较慢 , 但是等它下沉的速度达到3米/秒的时候 , 就是它的最快速度 。 此时 , 砖头的速度就已经达到了吸收水分的峰值 , 所以也到了下沉速度的峰值 。
但是在海水中 , 砖头的下降速度会更大 。 因为海水的密度更大 , 被吸收到砖头内部后 , 砖头的质量增加也更多 , 所以当砖头在海水中吸收海水至饱和状态时 , 会以2.87米/秒的速度下沉 。
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如果单纯按路程除以速度等于时间这样的计算方法来看 。 一块砖头以2.78米/秒的速度 , 沉到11034米深的马里亚纳海沟底部 , 需要3907秒 。 换算成小时的话大概是1.1个小时 。 但问题比我们想的要复杂一些 。 因为一块砖头想要沉入水底不仅仅需要考虑压强和密度 , 更要考虑它承受的外力 。
砖头在海水中下降时会有三个力同时向它同时施压 。 一个是它本身的重力会“压”着它下沉 , 一个是海水的浮力会“托”着它 , 不让它下沉 。 还有一个是海水本身的密度阻力 , 也会阻挡它下沉的步伐 。
由于海水密度在深度变化下并不会发生太大变化 , 所以我们把它看作一个固定的数值 。 那么唯一会阻碍砖头下降速度的就是砖头下降时的阻力 。
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在砖头下降的过程中 , 它的下降的速度取决于它所受力量之和 。 也就是说 , 一块砖头的速度要综合考虑所有外力才能得出最终速度 。 当砖头下降的阻力与砖头的重力减去浮力数值相等 , 砖头就达到了下降时最快的速度 , 这个速度也被称之为终端速度 。
如果无法理解终端速度 , 可以看看运动员跳伞的例子 。 一名运动员乘坐飞机准备跳伞 , 当他刚刚脱离飞机时 , 会因为重力而迅速下坠 , 但此时 , 空气的阻力减缓了他下坠的速度 , 这个时候他就在以终端速度坠落 。
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如果这名运动员以“趴着”的姿势俯冲跳伞 , 他的终端速度是55米/秒 。 跳伞3秒后就已经达到了终端速度的一半 。 跳伞8秒后就达到了终端速度的九成 , 跳伞15秒后就达到了终端速度的九成九 。
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