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把一块砖扔进马里亚纳海沟,多久到海底?砖头会不会被压碎?

马里亚纳海沟位于太平洋西部,是人类目前已知海洋的最深处,也是地球的最低点,最深的地方约为11公里,就算把珠穆朗玛峰放进去想要露头,至少还得加个2154米高的华山。

由于地球71%的面积被海水覆盖,我们对海洋深处的世界并不是很了解,因此或许在地球上还有比马里亚纳海沟更深的地方,我们不得而知。

马里亚纳海沟的形成是因为板块碰撞造成的,由于欧亚板块要厚于太平洋板块,且太平洋板块的位置也非常低。

当发生碰撞的时候,造成了太平洋板块向下俯冲,欧亚板块高高隆起,就造就了目前已知最深的海沟。

日本本土就处在两个板块的碰撞带上,所以经常性的震一震也算正常。我们知道水的密度要高于空气的密度,2米深的游泳池就能让我们感觉到和地面空气不一样的压力。

海沟深度达到了11公里,那么此处的水的压力是否会让海水的密度上升到使一块砖头都无法下沉的地步?如果不是,那么砖头下沉需要多长时间?砖头会被海底的高压压碎吗?

砖头能不能下沉到海沟底部,只取决于海水的密度,如果随着深度的增加海水的密度一直是低于砖头的密度,那么砖头下沉到海沟底部只是时间的问题,反之砖头就会悬浮在海洋的某个位置。

生活中水虽然流动性、可塑性非常好,这说明液态水分子的自由度非常高,但是水这种物质并不是我们想象的那么容易压缩。

当压力升高1个标准大气压(1.013x10^5pa)水的密度会上升0.0046%,这个上升的幅度非常小,水深每增加10米,就会上升一个大气压。

所以马里亚纳海沟最底部的大气压相当于1100个大气压,那么水的密度就会增加大约5%,正常大气压下水的密度为1000千克/立方米.

那么11公里深的水密度为1050千克/立方米,海水由于各种矿物质盐分、杂质的原因密度会大一些,但也不超过1080千克/立方米。

而一块普通的砖头的密度为1800千克/立方米,很明显要高于海沟深处的海水密度,因此砖头是可以沉入海底的。

那么多深的水由于密度的增加会使得砖头无法下沉呢?这个其实也很好计算,只要让海水的密度高于砖头就行,以海水密度达到2000千克/立方米为例,这个深度大约为217.4公里。

那么砖头多长时间能够下降到11公里深的海沟呢?

砖头在下降的过程中会受到三种力的作用,分别为自身的重力(mg),海水所带来的浮力(ρgV),以及海水的阻力(1/2CρSv^2)。

上文说了海水的密度随着深度的增加并不会变化的太多,我们可以认为其就是一个定值。那么随着砖头的下降唯一变化的量就是砖头所受到的阻力。

当阻力大到与砖头所受到向下的合力(重力减去浮力)相等的时候,这个时候的砖头就达到了下降时的最高速度,也被称为终端速度。

例如跳伞运动员,在飞机上跳下的时候,一开始会在重力的作用下加速,但由于速度的增加最终也会因为空气阻力的增大,达到一个终端速度。

这个终端速度还跟物体下落时侯的受风面积有关,例如采用俯伏状自由落体的运动员,最终的终端速度大约为55m/s,3秒钟就能达到终端速度的50%,8秒达到90%,15秒达到99%。

采用头部朝下俯冲的方式自由落体,终端速度可以达到270m/s,甚至是325m/s。所以姿势很重要,但是达到终端速度只是整个自由落体环节的一小部分时间。

因此我们为了计算简单些,只需算出砖块达到终端速度以后,下降到海底的时间。在理想状态下,如果砖头以立起来最小的那一面一直下落,终端速度为2.73米/秒,下降到海底需要67分钟的时间。

如果砖块以平面,最大面的那一块一直往下落,终端速度只有1.28米/秒,沉入到海底需要2.4小时。如果考虑到海水的流动,砖块的不稳定之类的问题,那就没办法算了。

砖头在海底会不会被高压压碎呢?

普通砖头的耐压最大30牛/平方毫米,30牛约等于3.061千克,也就是砖头上每平方毫米可以承受3061克的重物。

一个大气压为0.1牛/平方毫米,1100个大气压为110牛/平方毫米,也就是说在海沟底部每平方毫米上就类似于放一个112千克的重物,这样算来远远超过了砖头的抗压强度。

不过我看了大家都说砖头在海底是各个方向都会受力,受力是均衡的,但是我觉得这么大的力就算是受力均衡,也会破坏砖的结构稳定性,因此这不是砖头不会被压碎的原因。

不过砖头这玩意它渗水啊,就会导致内外压强一致,这就跟我们在海沟底部发现的生物一样,它们为何能抗住这么大的压力。

并不是因为整体的受力均匀,而是因为海沟底部的鱼类没有坚硬的皮肤,而是有着简单的一层薄膜,这层薄膜可以使得鱼身体内外的压强一样,所以鱼才能生存。

这跟砖头的道理一样,砖头不会被压坏,并不是因为四周都受同样的力,而是因为它渗水。

有人又会问了那为何海底的石头可以完好的存在,它不渗水啊,只能说还是压强不够,只要压力足够大,不管是否周围都受力,任何物体都会被压成球形,最后压力甚至可以破坏分子和原子的结构。

想一下宇宙中的天体,在巨大的重力下呈现出了流体静力学平衡,也就是天体都是球体,重力足够大的天体就会变为依靠电子简并压支撑的天体,例如白矮星。甚至是中子简并压的中子星,最后变为是不知何物的黑洞。

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