在万米深海,用钢瓶密封一瓶水,瞬间捞上来后还有巨大压强吗?
我们都知道,水深越深,水压越大,那么如果将一个钢瓶敞开着放入深度一万米的海洋底部,装上一瓶水,并密封,之后急速捞上来,时间可忽略不计,那么此时的钢瓶内部还保留有万米深海的巨大压强吗?
咱们先说结论,捞上来的钢瓶,其内部确实有压强,并且这个压强在最开始是和万米深海下的压强一致的,但之后在极短的时间内,钢瓶会发生形变,体积变大,因此内部压强就会下降。
因此这道问题的核心实际上就是一个:水可以被压缩吗?
在中学时期,我们将水视为是不可压缩的,但实际情况就如同这个世界上根本不存在绝对刚体一样,任何物质都是可以被压缩的,就比如可以吸收任何物质的黑洞,所有质量都能归结到一个没有体积的奇点上去。
因此水也是可以被压缩的,只不过由于水的压缩系数很小,因此极难被压缩,或者说水的体积模量比较大,这个体积模量是压缩系数的倒数,因此不容易被压缩,所以对于中学物理而言,我们就简单的认为水不可被压缩。
现在既然我们知道水是可以压缩的,那么对于万米深海处的水而言,它们的体积自然要小于海面的海水,而导致结果就是地球引力,上层海水的巨大重力压缩底层海水,体积变小的具体意思就是单位体积下,所包含的水分子数量变多了。
由此我们注意到一点,这样的结果势必会导致分子间的作用力发生变化,距离缩短,那么斥力就会占据主导地位。好,现在让我们先记住这个结论。
此时我们将一个敞开口的钢瓶送入万米深海,由于钢瓶并不是密封着下去的,所以海底强大的水压只会造成钢瓶壁的压缩,但整体形状应该不会太大改变,这时候,我们再将钢瓶盖合起来,很显然钢瓶整体是处于一个平衡状态,瓶外的水压帮助钢瓶壁对抗瓶内强大的水分子间斥力。
之后我们通过某种不可思议的手段,将钢瓶极速捞上海面,中间的耗时可以忽略不计,这时我们发现,原本瓶外存在的强大水压突然消失了,但瓶内水分子间的斥力仍然存在,于是一个很自然的结果出现了,钢瓶在极短的时间里,体型膨胀开来,借此使得内部的压力减小。
最后再说明一点,为什么之前一直要强调极速捞上钢瓶呢?因为实际情况下,钢瓶在向上运动时,由于外部水压减弱,而内部水压就要高于外部,于是钢瓶的体型就得膨胀,所以等到捞上来时,钢瓶的体型早就膨胀开了,其内部的水压虽然还存在,但早已没有万米深海时的状态了。
但反过来讲,要是我们用一个绝对刚体制造一个容器,那么捞上来之后,只要不打开它,其内部的水压仍旧会保持着万米深海下的状态,可惜这世界上没有绝对刚体的存在。
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