在萬米深海,用鋼瓶密封一瓶水,瞬間撈上來後還有巨大壓強嗎?

大千世界 2021/07/05 檢舉 我要評論
 

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文/天空之城團隊

 

我們都知道,水深越深,水壓越大,那麼如果將一個鋼瓶敞開著放入深度一萬米的海洋底部,裝上一瓶水,並密封,之後急速撈上來,時間可忽略不計,那麼此時的鋼瓶內部還保留有萬米深海的巨大壓強嗎?

咱們先說結論,撈上來的鋼瓶,其內部確實有壓強,並且這個壓強在最開始是和萬米深海下的壓強一致的,但之後在極短的時間內,鋼瓶會發生形變,體積變大,因此內部壓強就會下降。

因此這道問題的核心實際上就是一個:水可以被壓縮嗎?

在中學時期,我們將水視為是不可壓縮的,但實際情況就如同這個世界上根本不存在絕對剛體一樣,任何物質都是可以被壓縮的,就比如可以吸收任何物質的黑洞,所有質量都能歸結到一個沒有體積的奇點上去。

因此水也是可以被壓縮的,只不過由於水的壓縮係數很小,因此極難被壓縮,或者說水的體積模量比較大,這個體積模量是壓縮係數的倒數,因此不容易被壓縮,所以對於中學物理而言,我們就簡單的認為水不可被壓縮。

現在既然我們知道水是可以壓縮的,那麼對於萬米深海處的水而言,它們的體積自然要小於海面的海水,而導致結果就是地球引力,上層海水的巨大重力壓縮底層海水,體積變小的具體意思就是單位體積下,所包含的水分子數量變多了。

由此我們注意到一點,這樣的結果勢必會導致分子間的作用力發生變化,距離縮短,那麼斥力就會佔據主導地位。好,現在讓我們先記住這個結論。

此時我們將一個敞開口的鋼瓶送入萬米深海,由於鋼瓶並不是密封著下去的,所以海底強大的水壓只會造成鋼瓶壁的壓縮,但整體形狀應該不會太大改變,這時候,我們再將鋼瓶蓋合起來,很顯然鋼瓶整體是處於一個平衡狀態,瓶外的水壓幫助鋼瓶壁對抗瓶內強大的水分子間斥力。

之後我們通過某種不可思議的手段,將鋼瓶極速撈上海面,中間的耗時可以忽略不計,這時我們發現,原本瓶外存在的強大水壓突然消失了,但瓶內水分子間的斥力仍然存在,於是一個很自然的結果出現了,鋼瓶在極短的時間裡,體型膨脹開來,借此使得內部的壓力減小。

最後再說明一點,為什麼之前一直要強調極速撈上鋼瓶呢?因為實際情況下,鋼瓶在向上運動時,由於外部水壓減弱,而內部水壓就要高於外部,於是鋼瓶的體型就得膨脹,所以等到撈上來時,鋼瓶的體型早就膨脹開了,其內部的水壓雖然還存在,但早已沒有萬米深海時的狀態了。

但反過來講,要是我們用一個絕對剛體製造一個容器,那麼撈上來之後,只要不打開它,其內部的水壓仍舊會保持著萬米深海下的狀態,可惜這世界上沒有絕對剛體的存在。

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