把一块砖扔到马里亚纳海沟,多久能沉到海底?砖头会被压碎吗?

星球上的科学啊 2025-03-14 04:04:46

马里亚纳海沟位于西太平洋,深度约为10984米,比珠穆朗玛峰的8848 米还要深出一大截,远超海洋的平均深度3688米,是地球上已知最深的地方,也是最与世隔绝的地方,

这里的环境一片漆黑,水压极大,靠近海底火山喷口的地方,水温可能突然升到几百度,成为超临界水,但几厘米外又恢复冰冷。如此极端的地方,也让科学家们充满了好奇,如果把一块砖头,扔进马里亚纳海沟里,会发什么呢?今天我们就来聊一下这个问题。

首先来分析一下砖头的下落过程。一块普通的红砖,成分主要是黏土和其它添加剂,在高温作用下烧制而成,重量大概在2.6公斤左右,尺寸有24厘米长、11.5厘米宽、5.3厘米高,因此砖头本身是具有一定的重量和密度,而且砖头的密度一定比水大,这样才能做到一直往沉。

但砖头向下运动的过程中,又会受到海水对它的阻力,砖头往下沉的越快,海水的阻力就越大,从而让砖头不会无限加速,当这三种力达到平衡状态时,砖头就会保持固定的速度向下沉。这个速度就被称为“终端速度”,可以使用公式计算:

1/2ρVt^2CdA=mg−ρgV,其中,ρ 是流体密度,Vt是终端速度,Cd 是阻力系数,A是横截面积,m是物体质量,g是重力加速度,V是物体体积。这个公式是科学家们在研究物体在流体中运动时得出的,用于描述阻力与重力、浮力平衡的状态。

在这个公式里,m代表砖头的质量,g代表重力加速度,ρgV代表砖头受到的浮力。一块标准红砖的密度在1800-2000 kg/m³之间,我们可以取中间值,所以一款砖头的以1900kg/m³来计算。

ρ代表海水密度,标准海水的密度是1025kg/m³,不过海水密度也和温度、压力等有关,在马里亚纳海沟深处,压力会越来越大,温度越来越低,海水的密度通常会增大至1035-1070kg/m³,我们可以取个平均值,以1050kg/m³来计算。

Cd 代表阻力系数,取决于砖头的形状和运动状态。A代表砖头在水中运动时的横截面面积,由于砖头可能翻滚,我们取平均值 0.02 m²。V代表砖头体积,标准砖的尺寸为 0.24 m × 0.115 m × 0.053 m,体积约为 0.00146 m³。将这些数据代入公式,计算得出砖头的终端速度约为 1.16 m/s。

知道了砖头下落的速度,也知道马里亚纳海沟的深度,想要知道时间就很简单了,我们只需要让马里亚纳海沟的深度10984m除以砖头的终端速度,最终算出来时间是9469秒,也就是2.6个小时,当然,这种计算方式的前提是砖头没有被压碎,现在我们再来讨论一下砖头会不会被压碎的问题。

在马里亚纳海沟中,砖头受到的压力,是来自四面八方的均匀静水压力,与实验室中的单轴压缩不同。均匀压力下,材料可能承受更高的压力而不立即破裂,即使一些高强度砖(如特殊工艺烧制的砖)抗压强度可达 50 MPa,但海沟底部压力约为 110.8 MPa,远超一般砖头的承受范围。

所以个人认为砖头在马里亚纳海沟中还是会被压碎的,毕竟砖头的抗压能力和海水的压力差的太多了,即使受压均匀,砖头本身的微孔结构也是致命的缺陷。在深海测试中,像木材这样的普通固体,在几千米深处时就已经变成碎片或破裂,更别说砖头这样的多孔结构了。

总的来看,砖头到底会不会被压碎,具体还需要实验证明 ,如果它没有被压碎,那只需要2个多小时就能沉到海底,如果被压碎了,那它到达海底的时间就会更短,至于砖头在马里亚纳海沟的实际情况究竟会怎样,我们也无从得知,毕竟那里的环境实在是太恶劣了。

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