​气球为何能承受1万米深水压力?实验刷新认知

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Toutiao
最新回复:2020年1月9日 16点57分 PT
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天文地理

大家都知道地球上最深的地方莫过于太平洋中的马里亚纳海沟,其深度超过了一万米,科学家计算出那里的压强是每平方厘米受到的压力达到了一吨,如此强大的压力相对于物体而言,到底有多大的破坏力?

科学家提出了一个问题,假设把气球放在那里会出现什么样的结果?被压爆还是完好无损?相信很多朋友都会选择被压爆的答案,日本科学家就做了这样一个实验,但结果却出乎大多数人的预料。

为了更科学更客观的解释这一问题,科学家最初做了两个浅水实验,第一次试验让潜水员直接携带气球下潜到20米深的水下,并用摄像机全程跟踪录制视频,观察气球的外形变花情况,随着潜水员不断地下潜,气球比起最初形态被拉长变细了。

刚入水和20米深时气球状态

第二次试验将气球放进了一个铁笼子里,下潜到20米时,由于铁笼子的阻挡,气球没有被拉长,但却受水压的影响体积比原来缩小了约50%左右,当上浮时体积会逐渐恢复正常。

通过这两个实验,朋友们是不是觉得自己的答案没错,气球根本到不了一万米的深度就被压爆了,理由是一个连牙签都无法承受的气球,肯定无法承受每平方厘米一吨重力,显然打赌的话赢定了。

但事实上你这样想的话就输定了,科学家会完全否定了你的答案和理由,让我们看看科学家是如何得出来另一个让人无法相信的实验结果。

你不能说科学家因为没有亲自拿到一万米深的水下去实验,实验结果就不能让人信服。事实上这样的实验并不一定非要亲自拿到现场去实验,在实验室就完全可以替代现场,利用科学技术手段一样模拟出一万米深的水底环境。

将实验标的物放进高压舱

在日本海洋科学和技术研究院,就有一套模拟水下真实环境的压力测试设备和系统,可以模拟水下一万米深的压力环境,这个实验主装置由一个深3米直径1.4米的密闭高压舱组成,测试时将实验标的放进密封高压舱,然后加入海水封闭高压舱,再根据实验要求对高压舱内的水施加压力,压力由特制的水泵提供。整套实验系统完全信息化,由专门的软件系统和电子监控系统组成,在实验中实时监控并掌握其真实数据和实时动态。

为了系统性的测试物体在一万米深水下所受到的压力侵袭,日本科学家将一辆小型的摩托车加几只气球一起放进了高压舱,当然,摩托车的一些易于毁坏的零件被摘掉,只剩下整个金属结构和充气的橡胶轮胎,还有车灯和橡胶坐垫,车身金属管和发动机舱全部用电焊封死,外表油漆全部打磨掉。

工作人员将一个连带重达10吨金属盖子的主体放进了高压舱,实验标的物被固定在盖子下方的主体上,当主体下放到达指定位置,工作人员开始为盖子加封固定螺丝和重物,以防止强大的压力把盖子弹出来。

高压密封舱

一切就绪后,科学家通过监视器观看实验物品在高压舱内的真实画面,操纵着实验设备按照实验要求加大高压舱内的压力,模拟从零到一万米深水下的数值压力。

通过监控画面可以看到,当压力增加到100米深度时,摩托车上强度较小的零件开始发生了轻微的变形,并发出了轻微的金属撕裂声,橡胶轮胎开始变形变瘪漏气,气球开始冒泡漏气;当压力增加到500米深度时,摩托车金属零件较为脆弱的地方持续发生变形,容易漏气的车灯和金属管开始冒泡,而气球无明显变化。

实验开始前数据

600米车灯爆掉,油箱内气体被挤出开始大量的冒泡,气球无明显变化。

到了2400米深度的压力时,摩托车其它较为结实的密封管件开始变形,气球无明显变化;到了5000米深度时,大部分的金属管件都被挤瘪变形,而油箱仍然看不到被挤变形的痕迹,气球看上去仍然没有发生什么变化。

一万米水深压力数据

5000米以下深度环境时,摩托车几乎没有多大的变化,应该是零件都已被挤压到了极限状态,一直到一万米的压力环境,都看不出摩托车再有明显的变化效果,气球自100米发生冒泡漏气后基本是无明显变化。

科学家将压力值恢复到100米时,大量的气泡又重新回现了,当恢复到0时气球依然看不出变化。实验结束,科学家打开高压舱将实验标的物拿出来,细致地观看摩托车和气球到底发生了哪些重大变化。

试验后的气球

实验结果是,摩托车所有密封金属部件都被压瘪,而油箱和轮胎看上去完好无损,丝毫没有被挤压过的痕迹,气球的状态完好如初,一点都看不出有受损的地方。于是科学家打开了油箱和轮胎,结果里面去全是水,气球也一样,科学家用牙签将气球戳破,流出来的全是水。

实验证明,一万米深度的水下无法将气球压爆,它可以到那里安全地游览一圈。

那么,连一根牙签都承受不住的气球,为什么如此强大的压力却对它失效了呢?原来,在实验中我们可以看出,当到了100米深度压力时,气球内的空气被强大的水压给挤了出来,水压在挤压气球的同时,也会将微小的水分子通过气球表面微小的气孔给压进去,随着深度和压力的增加,气球内部的空气被排空,空间随之被水代替,无论气球处于多大的压强下,内外的水压强值都是一样,里外压力都互相抵消,所以气球安然无恙。摩托车油箱和轮胎也是同样道理,水通过空隙被压进里面,导致内外压力相互抵消。

这个实验说明,只要是内部空间有空气外表密闭严实的物体,到了水下都会接受水压强的考验,就算是人体也一样,人体承受大气压强和自身内部压强至少在水面上是处于平衡状态,当水压超过了人体所能承受的压力极限时就会被压爆,就算是人体微小的细胞也不例外,细胞内也是存在着一定的空间。

被压坏的摩托车零件

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parkv1019
1 楼
气球怎么会被挤爆,他本来就是被吹大的,现在只是恢复自己本来的大小
平知
2 楼
标题党,气都出来了里面都是水
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entang1egeogeo
3 楼
这不是初中物理吗。。。
一分为二好
4 楼
这个实验没有太大的理论价值,传统力学就能很好地解释的现象。但试验观察,应该还是有实用意义的。
中國仁
5 楼
快!快!把小篇放入气球去潜马里纳。
你我红尘
6 楼
小编,水分子从气球表面气孔压进去,是从表上压进去的吗?瞎编
走马读人
7 楼
人腦如布,如染黑再換色比從白染要困難很多,或耗費終身。但人腦畢竟不是布,只要善於改變思維。
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angelkilier
8 楼
气球在地面环境下,是靠橡胶的张力来抵抗内部向外的压力的,而在水底则随着体积变小,内部空气变得更密集,而一直保持内外压力平衡。所以橡胶是不会破裂的。 举个例子,一张纸,用针一戳就破了,但是放在两个平面之间,哪怕施加极高的压力也不能把它怎么样。
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hongjun
9 楼
这种煞笔东西也拿出来写
横刀向天笑
10 楼
专业学过潜水的都知道怎么回事,随便抓个SSI或者Padi的学员问问都知道的常识,小编真能摆弄,而且数据还搞错。下潜到20米深时因为是3Bar的大气压,气球不是你说的缩小约50%而是缩小至原来的1/3 。。。OK???