如果将1公斤重铁球,丢入大海,它沉入马里亚纳海沟要多久?

伽利略曾在比萨斜塔上做过著名的落体实验,实验物品正是常见的铁球,该实验的结果有力地推翻了亚里士多德的观点。

比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球

今天,我们就让铁球再次出马,也做“落体”实验,只不过实验的环境在大海当中。

那么,如果将1公斤重的铁球丢进大海,沉入马里亚纳海沟要多久呢?看完长知识了。

“肩负重任”的铁球

神秘的马里亚纳海沟
马里亚纳海沟是人类已知的海洋最深处,位于马里亚纳群岛附近的太平洋底部,形成的时间大约为6000年。根据目前的考察数据来看,马里亚纳海沟最深处的位置接近11000米,这个深度即使是将世界最高峰珠穆朗玛峰放进去,连其顶端也无法露出。

更不用说,不少科学家表示,由于处在板块俯冲地带,马里亚纳海沟每年还会疯狂地吞噬海水,这与中国《山海经》当中描述的归墟之地十分相似。

马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”

整个马里亚纳海沟呈弧形,就像是一个巨大的汤勺,被放置在北太平洋的海床当中。

值得一提的是,千万别觉得海沟各处的深度都是平均的,其实是“参差不齐”的。如果沿着海沟行走,走着走着可能就会掉入深坑。当然,有时候还会偶遇“海山”阻挡,总之地貌还是非常丰富的。

马里亚纳海沟的地形示意图

人类探索马里亚纳海沟最大的困难就是海底的极端压力,因为这里能达到1000个标准大气压,在这种情况下科学家要制造出更安全的设备来对抗压强。不然,就很有可能重现潜水艇下潜深度过限,直接被压成铁皮碎片的灾难。

不过从现在的探索来看还算顺利,并且人们还发现在这里有着一些生物存在,虽然很难想象这些小鱼是如何做到在巨大压强下不被压扁的,但这大概就是生命的坚强之处吧。

2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼

由于海洋当中的压强和陆地的压强不一样,所以铁球下落的速度也会有所变化,那么如果我们真的将一个1公斤重的铁球在马里亚纳海沟上方的位置丢下去,它需要花费多长时间才能够沉底呢?

马里亚纳海沟的地质剖面模式图

把铁球丢下去多久能沉底?
大家可以先试着猜测一下,铁球进入水中要花费多长时间才能抵达马里亚纳海沟的深处。可能有人觉得需要十几分钟,有人认为没几个小时是做不到的。那么,就让我们一起来看看从理论上来说要多久。

首先由于铁球的密度明显大于海水,一个是7.86克/立方厘米左右,另一个是1.025克/立方厘米,在这种情况下铁球下沉是很容易的。不过需要注意的是海水的密度会受到温度等因素的影响,所以并非一直维持这个数值。但是毕竟咱们只是大开脑洞,所以就以这个值为基础。

海水密度和温度(纬度)的关系密切

其次当铁球下坠到不同深度时所受的压强也是不一样的,在这种情况下,水越深水压就越大。按照我们常规的想法,海水到了越深的位置应该会变得愈加“粘稠”,毕竟它会被水压疯狂挤压。

不过事实并非如此,因为科学家在实验中证明了海水并不会被无限制压缩,哪怕是到了马里亚纳海沟的最深处,水压高达1000多个标准大气压时,水的密度也只是增加了5%左右,大约是1.76克/立方厘米。

马里亚纳海沟附近海洋深度情况示意图

在这种情况下,铁球的下沉显然是不会受阻的,不会出现悬浮在空中的情况。

想要计算出铁球沉底的速度和具体时间,我们首先要算出海水的浮力是多少。这时候就要用到初中物理的浮力公式了,在将一公斤铁球的重力和体积以及海水的密度代入之后,就能得出浮力大约为0.16N。

铁球的密度总是大于海水密度的

随后再将已知的各个数值带到铁球的速度公式当中,在合力为零的条件下,得出该铁球进入水中之后匀速下沉的速度大约为10.7米/秒,这样的话到达马里亚纳海沟的最深处大约需要花17分钟。

当然,实际上铁球在进入水中之后速度并不是一直稳定在10.7米/秒的,所以现实情况应该还会有变化。这样的话,最后沉底的所耗时间也会有变化,但是基本也是在18分钟左右的。

位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木

需要注意的是,以上讨论皆是在理想的情况下,使用公式计算得出的,并非实地试验。毕竟这种试验对于科学家来说也没什么用,也没有人会费尽心思追踪一颗沉入大海的铁球。

并且,可能还会有人有这样的疑惑,按照压强的变化来说,铁球难道不会在下坠的过程中被“压扁”吗?

压扁的铁球的构想图

铁球会不会被“压扁”呢?
相信不少人都看到了此前印尼潜艇遭遇断崖之后,突然下坠,最终整个潜艇都被压扁解体的新闻。从这一点似乎能看出,就连钢铁铸成的潜艇都会被水压无情压扁,那么咱们试验用的铁球难道不会遭遇这种情况吗?

实际上,铁球在不断下坠的过程当中,肯定是会出现轻微的变形的,但是这种变形是用肉眼都难以看出来的。铁球的这种情况和同样是铁做成的潜艇对比差异未免有些大,可其实这很正常。

铁球或许仅有一点变形

因为铁球是实心的,而潜水艇是空心的,如果我们将一个同等重量但是被掏空的铁球放入其中,那么它在抵达海沟深处之前也是会被压扁的。

所以现在科学家在设计深海探测器的时候,不仅要找到能够对抗超高水压和海水腐蚀的材料,还要将潜水器的结构弄得更加牢固,让它做到即使有空心的部分,依旧不会被压扁。

海中断崖是潜艇最大的威胁

不过,大部分人对深海探索并不关注,因为在我们眼中海洋反正不管何时都在,这些地球上的东西我们可以慢慢去研究。

而宇宙深空的东西则更让人好奇,更加具有诱惑力,所以目前的深空探索进度和海洋探索进度差异还是比较大的。

人类只探索了5%的海洋

此前不少潜水器成功在马里亚纳海沟坐底之后,都拍摄到了海底生物来回游动的画面,让人感慨,哪怕是环境如此恶劣的地方,都会有生命存活。

甚至有人说,在海洋污染越来越严重的情况下,马里亚纳海沟在未来可能会成为海洋当中的最后一片“净土”。

长满藤壶的塑料瓶

可是,事实真是如此吗?那些海洋当中的污染物,真的无法穿越“重重海水”抵达这里吗?

塑料垃圾已经抵达海洋深处
很遗憾,根据目前的观察来看,海洋当中已经不存在什么净土了,就连位于海洋最深处的马里亚纳海沟也无法幸免。

我国科研团队在采样点处检出大量微塑料

此前,美国的一个研究团队就乘坐潜水器抵达了马里亚纳海沟,其下潜深度达到了10927米。

在这里,他们看到了那些终年生活在黑暗当中的深渊生物,它们看起来长相和正常的鱼没什么区别,不过“眼睛”应该都已经退化了,毕竟深海当中鲜少有光,除非夜视能力极强,不然即使有眼睛也没用。

探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类

更让人们惊讶的是,在长达四个多小时的探索当中,他们不仅看到了海中的各种生物,还发现了不少沉底的塑料袋以及包装纸。

这就证明,人类丢进海里的那些塑料垃圾,其实早就悄无声息地“侵入”了海底,将这片所谓的净土也污染了。

当然,最倒霉的估计还是海沟当中生存的生物。它们在这里能够吸收的营养物质本身就很少,主要依靠海底热液的助力,如今各种塑料袋的到来,将本就贫瘠的海底污染了,它们还要被迫“吸食”塑料颗粒。

海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾

因此,人类确实要把海洋污染问题放在心上了,毕竟影响已经不局限于某个海域了,连海底都无法幸免。

刚刚和朋友聊天,突然就聊起“朋友”这个话题,我顺口一问,“你是怎么定义‘朋友’”这两个字呢,她回答我,朋友分等级,好朋友,朋友,和普通朋友,朋友就是双方意愿,彼此都认同是朋友,好朋友就是一起吃饭玩耍愿意分享一些小秘密。
我说我认同,只不过在我这里只分为好朋友和朋友两个等级,我对好朋友的定义似乎更为严苛。就是会互相惦记对方,会在一些大事小事中凸显出对方的重要性,对好朋友那就是唯一的偏爱,就是哪怕相隔万里,哪怕大家会认识新朋友,但是她在我这里永远顺位第一,值得一切的美好。
朋友又问我,那你有没有你所说的好朋友呢?我说,我有这样一位好朋友,她在我这里非常重要,我在她那里好像已经没有那么重要了,那又如何呢,她就是我的唯一偏爱[爱你]。
那就祝我们爬不同的山,还能回到同一条路上,不能互相参与的日子,祝我们熠熠生辉。

这说不上是「错误」吧。

从我的角度看,你之前的追求没什么大问题,只不过你追求的是个现象。而你现在认知改变是在挖掘这个现象之下本质的东西。我觉得两个认知阶段其实没有冲突,都值得鼓励,不需要用现在的认知把之前的自己全盘否定。

我在16年总结自己的微博体验时也有过「能说的都不值得说」这样的认知。哪怕现在我自己写的这些微博内容,我也反复说过都是很低级的叙述。但是没有那个阶段满世界追逐文青抄作文的愚蠢,也不会有今天的成果。所以我相信自己现在的叙述固然低级,对于明天的自己也是有价值与意义的。

我对中国人动辄进入「是非对错」的判断这件事情还是有点怕。如果从「自己为什么会生出某个认知」的角度看待以前的自己,思维就会通畅许多,对于个人来说是个成长的过程。如果觉得从前的某个认知是「错误」的,「不存在」,「不可能」.... 这一系列的否定我觉得即便有了新的认知也是阻碍成长的。

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