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标题: 万米之深的马里亚纳海沟，“恐怖”水压竟然对铁球一筹莫展？ [打印本页]

作者: 沈斌哥 时间: 2023-5-6 05:11
标题: 万米之深的马里亚纳海沟，“恐怖”水压竟然对铁球一筹莫展？
1、弁言

地球是我们生存的家园，在地球表面约有71%的面积被海水覆盖。人类在地球上生存了数百万年，科技发展至今，仍旧无法全部揭开地球神秘的面纱。早在阿基米德时期，就已经发现了浮力的本质，其与水压密切相关。水压的表达式：P=ρgh，随着水深度的增加，其压强也呈直线上升。万米之下，水压到达了“恐怖”的100MPa，是一个大气压的1000倍，为何海底的岩石安然无恙，海底鱼类自在生存，甚至人类还能派遣深海潜水器进行海底探险？

深海水压
2、水压

为了弄清晰这个问题，起首得知道水压是怎么回事。所谓水压，实在是某一位置其上部全部水的重力（非严格说法）。P=ρgh这个表达式，就是由此推导而来。水越深，其上部的水也就越重，压下来其压力也就越大。别的，液体由于具有活动性，它无缝不钻，对于水中的恣意一点来说，它可以向四面八方钻。所以，水压不光仅是向下的，它可以是恣意方向的。只要有空隙，就能在这压力的作用下钻进去。

水压
前面我说这个100MP的水压恐怖，实在是有点标题党。搞过结构分析的同砚可能都知道，100MPa这个压力值，一点都不大。就拿一样平常生存中常见的钢铁，不管什么型号，其破坏、大概说屈服的应力，都能轻轻松松凌驾100MPa。比如Q235，其屈服应力就是235MPa。只有当外力充足大，能让其内部产生235MPa的内应力，这种Q235的材料才会发生变形。外力继续增大，内应力继续上升，凌驾235MPa，这种材料才会发生断裂。不过，100MPa对于凡胎肉体来讲，说其恐怖也不为过。

Q235轻松承受100MPa
3、压不裂的机密

众所周知，一个物体拉断它很容易，但是压碎它却比较难。这方面如果仅仅是定性的分析，应该比较好理解，我就不展开了。深海中，在水的压力之下，物体受到的载荷就是四面八方的均匀分布的压力。因此，物体受到海水的压力，自己其受压的承受能力就比较大。比如海底的岩石，大部门应该是玄武岩，其压缩的强度可达300MPa，3万米的深海，才有可能压碎现在这个洋壳。从这个角度思量，理想条件下，地球上深海不可能凌驾3万米。目前最深的就是马里亚纳海沟，约11000m。

洋底的石头压不碎
不过，外部压力100MPa，并不意味着这个物体内部都是100MPa。内部应力的巨细，跟详细的结构密切相关。如果是一块铁疙瘩，不管是什么形状，由于外压是到处均匀的，那么其内部应力也就等于这个外压。这个时间，由于铁疙瘩的受压承受能力远超100MPa，这个铁疙瘩并不会被压碎，只不过会产生肉眼不可见的缩小。对，它会被压小那么一点点。我用有限元简朴算了一下，直径一米的铁球，会被压小10e-4m。

实心铁球被压小一点点
那如果是空心的结构会怎么样呢？为了更好地承受这个水压，会将之计划出球形，比如2年前，下潜10909m的奋斗者号，它的核心舱是一个球形的空腔。这种球形的壳结构，在承受均匀水压时可以或许很好地分担压力，整个球壳结构到处受压。但是此时，其内部的应力不再是100MPa了，由于这个空腔的存在，引起了所谓的应力集中，空腔附近的应力会变大，会凌驾100MPa，大概是296MPa。只管云云，只要没有凌驾材料的屈服强度，那就没有问题。它结实着呢！

空心铁球应力分布
别的，通过分析，我们会发现，这个球壳越厚，空腔附近的应力越小。这就给结构计划带来了可能。比如，某些材料弱，承受能力不行，但是我们可以计划的厚一点啊。同样外径1m的球壳，厚度10mm，和20mm的最大应力相差了114MPa。但是，厚度的增加，会给制造带来风险，内部缺陷产生的概率将更大。一旦有内部的缺陷，在外力作用下，就会产生应力集中。这种看不见的缺陷才是最可骇的。奋斗者号的核心舱最终计划成这种尺寸，就是材料研发能力、制作能力，以及结构计划能力的综合考量。

越厚应力越小
再说这个深海生物。深海中另有许多奇形怪状的生物，有些生物固然没在万米海底，但是6-7千还是有的。6-7百倍的大气压力，人类肯定是无法生存的。但是这些生物内部血液、腔压都进化成跟外压相差无几。正是这些较大的内部压力，平衡掉了外部的水压。如许，鱼肉固然受到压力较大，但还未凌驾其承受极限。大概，这种在高压下的鱼肉，肉质更加紧致，口感更好。

深海生物
4、总结

最后，万米水压对于人类生存来说可谓恐怖，但是对于金属、岩石、肉等材料来说并不大，还没有凌驾其承受极限。所以说，恐怖水压确实拿铁球没办法。

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