这是网络上常见的问题,当然还有人问一块石头,一个铁球掉落到马里亚纳海沟的问题,过去有过多次讨论,这里就不说了。只说说人能不能掉到万米深沟的问题。前提是像一些网友设置的,没有水流和鱼等任何干扰,人能不能一直往下掉呢?
这是一个常识问题,这个常识就是物体密度。我们知道,在流体中,密度越大的物体越往下沉,相对密度较小的物体往上浮。气体和液体都属于流体,使用浮力原理。关于物体的浮力原理,早在公元前245年,也就是距今2265年前,就被古希腊哲学家、数学家、物理学家阿基米德发现了。
浮力的定义式为F=G,即物体所受的浮力F等于物体下沉静止后排开液体(或气体)的重力G,其计算公式为:F=ρgV。这里,ρ表示液体(或气体)的密度,单位kg/m^3;g表示重力与质量的比值,g=9.8N/kg,一般粗算可取10N/kg;V表示排开液体的体积,单位m^3。
这个看起来比较复杂,这是一个定量的计算公式。但本问题是一个定性问题,只是问一个人可不可以沉到马里亚纳海沟,因此我们只要知道物体的密度就行了。在地球重力条件下,密度越小的物体就越能在流体中浮起来。
密度的计算公式很简单,表达为ρ=m/V,即密度ρ等于质量除以体积,质量单位为kg,体积单位为m^3。为了方便计算,许多时候用g/cm^3来表示密度,下面为叙述方便,采用g/cm^3。根据浮力原理,我们只要知道人体密度和海水密度,就能大致知道人在海水中是沉是浮了。
人体的密度。人体是一个很复杂的组合,不同脏器、脂肪、肌肉、骨骼等密度都不一样,每个人形状不一,计算体积也比较麻烦,而且不同年龄段,肌肉、脂肪、骨骼都有所变化,因此很能得到一个准确密度。
据综合测定,人体密度约为:20岁,男性密度约1.05-1.07g/cm^3,女性密度约1. 026-1.05g/cm^3;35岁以上,男性密度约1.05-1.027g/cm^3,女性密度约1.008-1.038g/cm^3;45岁,男性密度约1.05-1.025g/cm^3,女性密度约0.995-1.033 g/cm^3。看来人体密度从20岁以后,有越来越小的趋势,是骨质疏松的原因吗?我们再次不讨论。
根据这个数据,男性密度最大时为1.07g/cm^3,女性密度最大时为1.05g/cm^3。
海水的密度。人们把水的密度定为1,也就是1g/cm^3。实际上这是纯净水在4℃时的密度,是水最大密度。水是一种很难压缩的物体,其密度大小一般只与温度有关,还与水中含有的杂质有关。
水有一个奇怪特性,4℃时密度最大,随着温度变化,不管是升高还是降低,密度都会变小。但这只是纯净水的密度,而自然界的水都不是纯净的,都含有这样或者那样的杂质,海水中还含有比较多的盐分,因此水的密度就会大一些。
一般海水密度在1.02~1.07之间,表层海水和赤道处海水由于温度较高,密度会略小;在南北极海水温度较低情况下,且由于冰层为淡水,浓缩了海水,因此水中盐分更高,密度就会稍大;随着海水深度增加,温度降低,密度也相应增大。
马里亚纳海沟的水密度。马里亚纳海沟最深处有11000多米,虽然在这样的深度压力达到了1000个海平面大气压以上,但水并没有被压缩,相反,由于在海底有一些地热活动,水温会相应比中层水要高一些,这样水的密度就更小了。
海水密度实际上是温度与盐度的函数,在盐度既定的前提下,温度是密度最重要决定因素。在大洋深处,由于压力增大,盐在水中的溶解度反而降低,加上温度并没有下降,因此深水的密度不会增加。
这样马里亚纳海沟的水密度也还是在1.02~1.07之间。
根据人体密度和海水密度就知道人体的浮力状态了。人体密度约1.0~1.07g/cm^3之间,海水密度在1.02~1.07之间,也就是说,人体与海水密度是差不多的,有的还要轻一些,因此人在海水中是可浮可沉的,所谓人生沉浮就是这个意思。
这样,人在水中稍微游动一下,就能够浮在水面呼吸,但头也要贴近水面,要仰的高点,就更需要技巧和体力。
如果排除任何干扰,一个人掉在海里,由于密度与海水差不多,要沉到马里亚纳海沟还是比较困难的。更多的只会漂浮在水的表面以下一定深度,再往下沉就比较困难。当然这要看什么人,那个密度达到1.07g/cm^3的男人可能会沉得更深点,而那位0.995g/cm^3密度的女人,就很难沉下去了。
当然海水中有海流和鱼的扰动,一个人要沉到马里亚纳海沟就几乎没有可能了。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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