船沉没时的力学分析

81 船下沉时是一直沉到海底,还是当它们下沉到一定深度时压力就会将它们保持在深水中?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

如果一个物体的密度大于水,它就会在水中下沉。水的密度是每立方厘米一克,岩石和金属这样的物质的密度比水大得多。由大块钢材制成的舰船之所以能浮在水上,是因为船内容纳着大量的空气;钢材和造船用的其他材料加上船内的空气,它们的平均密度低于水的密度;如果发生意外事故,水进入船中,那么,造船的材料加上进入船内的水的平均密度大于水自身的密度时,船就要下沉了

船下沉时,受到越来越大的压力。在海面上,每平方厘米面积的压力(大气造成的)是1公斤。在海面以下10米处,那个深度的水重又在海面压力上增加了每平方厘米1公斤的压力。深度每增加10米,每平方厘米就又增加1公斤的压力。而在已知的海洋最深部分的海底,压力约为大气压力的1100倍,即每平方厘米约为1.1吨的压力

这样高的压力对于能否把下沉的船保持在水中没有任何影响。从各个方向对船所施加的压力是相等的,向下的压力和向上的压力几乎完全相等,因此十分明显,不管压力怎样增大,船还要继续下沉

但还有另一个因素。压力能压缩水,并增加水的密度。水的密度是否能变得非常高,以致这种高压使得沉船停止下沉,而悬浮在密度较大的深海中呢?

不!压缩效应是非常小的。甚至在每平方厘米1.1吨的压力下,水的密度仅由每立方厘米1.00克上升到1.05克左右。如果一个固体的密度为每立方厘米1.02,那么,它确实会沉到水下去,并在约4.8公里深度处被浮力止住,不再进一步下沉。然而,普通结构材料的密度大大地大于1.05。铝和钢的密度分别为每立方厘米2.7克和7.8克。金属船会一直沉到最深的海底深渊,丝毫没有上浮的机会

但假定海洋还要更深,那么,一根铝棒是不是会达到最大的深度而不再下沉呢?回答仍然是:“不会的!”

如果海洋大约深67公里(而不是最多11公里深),洋底的压力就会上升到每平方厘米约7吨,水的密度则上升到每立方厘米约1.3克。然而,在这个时候,水已不再是液体,而会转化成一种称为“冰Ⅵ”的固体物质(冰Ⅵ的密度大于水,而“冰Ⅰ”——普通冰——的密度则小于水)

困此,铝和密度大于每立方厘米1.3克的任何其他物质,只要海水是液体,就会一直在海里继续沉下去,最后停落在普通海底或冰Ⅵ的固体表面上。液体水的密度决不会大到足以浮起固体铝,更不用说固体钢了

阿西莫夫《你知道吗?——现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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