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​氣球為何能承受1萬米深水壓力?實驗刷新認知

大家都知道地球上最深的地方莫過於太平洋中的馬里亞納海溝,其深度超過了一萬米,科學家計算出那裡的壓強是每平方厘米受到的壓力達到了一噸,如此強大的壓力相對於物體而言,到底有多大的破壞力?

科學家提出了一個問題,假設把氣球放在那裡會出現什麼樣的結果?被壓爆還是完好無損?相信很多朋友都會選擇被壓爆的答案,日本科學家就做了這樣一個實驗,但結果卻出乎大多數人的預料。

為了更科學更客觀的解釋這一問題,科學家最初做了兩個淺水實驗,第一次試驗讓潛水員直接攜帶氣球下潛到20米深的水下,並用攝影機全程跟蹤錄製視頻,觀察氣球的外形變花情況,隨著潛水員不斷地下潛,氣球比起最初形態被拉長變細了。

剛入水和20米深時氣球狀態

第二次試驗將氣球放進了一個鐵籠子裡,下潛到20米時,由於鐵籠子的阻擋,氣球沒有被拉長,但卻受水壓的影響體積比原來縮小了約50%左右,當上浮時體積會逐漸恢復正常。

通過這兩個實驗,朋友們是不是覺得自己的答案沒錯,氣球根本到不了一萬米的深度就被壓爆了,理由是一個連牙籤都無法承受的氣球,肯定無法承受每平方厘米一噸重力,顯然打賭的話贏定了。

但事實上你這樣想的話就輸定了,科學家會完全否定了你的答案和理由,讓我們看看科學家是如何得出來另一個讓人無法相信的實驗結果。

你不能說科學家因為沒有親自拿到一萬米深的水下去實驗,實驗結果就不能讓人信服。事實上這樣的實驗並不一定非要親自拿到現場去實驗,在實驗室就完全可以替代現場,利用科學技術手段一樣模擬出一萬米深的水底環境。

在日本海洋科學和技術研究院,就有一套模擬水下真實環境的壓力測試設備和系統,可以模擬水下一萬米深的壓力環境,這個實驗主裝置由一個深3米直徑1.4米的密閉高壓艙組成,測試時將實驗標的放進密封高壓艙,然後加入海水封閉高壓艙,再根據實驗要求對高壓艙內的水施加壓力,壓力由特製的水泵提供。整套實驗系統完全資訊化,由專門的軟體系統和電子監控系統組成,在實驗中實時監控並掌握其真實數據和實時動態。

為了系統性的測試物體在一萬米深水下所受到的壓力侵襲,日本科學家將一輛小型的摩托車加幾隻氣球一起放進了高壓艙,當然,摩托車的一些易於毀壞的零件被摘掉,只剩下整個金屬結構和充氣的橡膠輪胎,還有車燈和橡膠坐墊,車身金屬管和發動機艙全部用電焊封死,外表油漆全部打磨掉。

工作人員將一個連帶重達10噸金屬蓋子的主體放進了高壓艙,實驗標的物被固定在蓋子下方的主體上,當主體下放到達指定位置,工作人員開始為蓋子加封固定螺絲和重物,以防止強大的壓力把蓋子彈出來。

高壓密封艙

一切就緒後,科學家通過監視器觀看實驗物品在高壓艙內的真實畫面,操縱著實驗設備按照實驗要求加大高壓艙內的壓力,模擬從零到一萬米深水下的數值壓力。

通過監控畫面可以看到,當壓力增加到100米深度時,摩托車上強度較小的零件開始發生了輕微的變形,並發出了輕微的金屬撕裂聲,橡膠輪胎開始變形變癟漏氣,氣球開始冒泡漏氣;當壓力增加到500米深度時,摩托車金屬零件較為脆弱的地方持續發生變形,容易漏氣的車燈和金屬管開始冒泡,而氣球無明顯變化。

實驗開始前數據

600米車燈爆掉,油箱內氣體被擠出開始大量的冒泡,氣球無明顯變化。

到了2400米深度的壓力時,摩托車其它較為結實的密封管件開始變形,氣球無明顯變化;到了5000米深度時,大部分的金屬管件都被擠癟變形,而油箱仍然看不到被擠變形的痕跡,氣球看上去仍然沒有發生什麼變化。

一萬米水深壓力數據

5000米以下深度環境時,摩托車幾乎沒有多大的變化,應該是零件都已被擠壓到了極限狀態,一直到一萬米的壓力環境,都看不出摩托車再有明顯的變化效果,氣球自100米發生冒泡漏氣後基本是無明顯變化。

科學家將壓力值恢復到100米時,大量的氣泡又重新回現了,當恢復到0時氣球依然看不出變化。實驗結束,科學家打開高壓艙將實驗標的物拿出來,細緻地觀看摩托車和氣球到底發生了哪些重大變化。

試驗後的氣球

實驗結果是,摩托車所有密封金屬部件都被壓癟,而油箱和輪胎看上去完好無損,絲毫沒有被擠壓過的痕跡,氣球的狀態完好如初,一點都看不出有受損的地方。於是科學家打開了油箱和輪胎,結果裡面去全是水,氣球也一樣,科學家用牙籤將氣球戳破,流出來的全是水。

實驗證明,一萬米深度的水下無法將氣球壓爆,它可以到那裡安全地遊覽一圈。

那麼,連一根牙籤都承受不住的氣球,為什麼如此強大的壓力卻對它失效了呢?原來,在實驗中我們可以看出,當到了100米深度壓力時,氣球內的空氣被強大的水壓給擠了出來,水壓在擠壓氣球的同時,也會將微小的水分子通過氣球表面微小的氣孔給壓進去,隨著深度和壓力的增加,氣球內部的空氣被排空,空間隨之被水代替,無論氣球處於多大的壓強下,內外的水壓強值都是一樣,里外壓力都互相抵消,所以氣球安然無恙。摩托車油箱和輪胎也是同樣道理,水通過空隙被壓進裡面,導致內外壓力相互抵消。

這個實驗說明,只要是內部空間有空氣外表密閉嚴實的物體,到了水下都會接受水壓強的考驗,就算是人體也一樣,人體承受大氣壓強和自身內部壓強至少在水面上是處於平衡狀態,當水壓超過了人體所能承受的壓力極限時就會被壓爆,就算是人體微小的細胞也不例外,細胞內也是存在著一定的空間。

被壓壞的摩托車零件

責任編輯: 夏雨荷  來源:天文地理 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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