100斤鐵球能在馬里亞納海溝“存活”嗎？不會(huì)被壓強(qiáng)壓成餅嗎？ _馬里亞納

100斤鐵球能在馬里亞納海溝“存活”嗎？不會(huì)被壓強(qiáng)壓成餅嗎？

首先要明確一點(diǎn)，壓扁是不會(huì)的，因?yàn)樵谇蝮w周圍均勻受力的情況下不會(huì)扁，只會(huì)有可能被極高的壓力壓縮小一點(diǎn)，但以馬里亞納海溝底部的壓力，按最深處大約1100個(gè)大氣壓計(jì)，鐵球的尺寸并不會(huì)有明顯的改變！為什么鐵如此能抗壓呢？

一、鐵的抗壓強(qiáng)度和壓扁有關(guān)系嗎？

一般鑄鐵的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)為200MPa，大約相當(dāng)于每平方厘米上承受2000千克壓力，即相當(dāng)于20千米水下的壓力，但這抗壓強(qiáng)度并非壓扁的強(qiáng)度，而是結(jié)構(gòu)損壞破裂的數(shù)據(jù)！

100斤鐵球能在馬里亞納海溝“存活”嗎？不會(huì)被壓強(qiáng)壓成餅嗎？

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材料的抗壓強(qiáng)度表示外力施加的極限，但請注意了，有一個(gè)要求：無側(cè)束的狀態(tài)下的抗壓極限，超過這個(gè)數(shù)值材料將出現(xiàn)破損碎裂以及屈服變形等！

無側(cè)束狀態(tài)指得是材料周圍沒有保護(hù)，即提供了材料形變的與屈服的空間！

但鐵球在馬里亞納海溝底部并不具備這個(gè)條件，因?yàn)閴毫碜运拿姘朔剑轿粺o死角，因此從這一點(diǎn)來看，即使到達(dá)20千米深的海底，也一樣無法將這個(gè)鐵球壓扁！

二、要多深的位置才能讓這個(gè)球體明顯變形呢？

并不是固體材料在高壓下不會(huì)變形，固體的原子間幾乎就沒有間隙，因此很難被壓縮，但并非不能壓縮，在高壓下缺陷和原子之間的間隙會(huì)被彌補(bǔ)，緊接著就會(huì)進(jìn)入電子之間斥力對抗的距離，因?yàn)樵油鈱与娮佣紟ж?fù)電荷！但極高的壓力仍然會(huì)使克服它們之間的斥力，距離越來越近，一直到白矮星標(biāo)準(zhǔn)的原子核周圍，達(dá)到電子簡并力的極限抗壓狀態(tài)，當(dāng)然地球上即使在地核也達(dá)不到這個(gè)要求：

地球核心物質(zhì)密度：107克/立方厘米

太陽核心物質(zhì)密度：150克/立方厘米

地表物質(zhì)的鐵密度大約為7.8克/立方厘米，那么在地核處這個(gè)鐵球直徑將縮小成現(xiàn)在的1/2.4，這看起來就是明顯縮小了，但這是在6370KM的地核深處！

或者可以這樣簡單計(jì)算，假如按1/10的比例能明顯感覺大小變化的話，大約需要637KM的深度，當(dāng)然地球上根本就找不出這樣的地方，畢竟就是科拉超深孔也不過是12262M而已，距離637KM還有625KM的距離！

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但即使在地核處也不能壓扁這個(gè)鐵球，它依然是一個(gè)球，只是變得小了一些！

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答案是不會(huì)的。

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馬里亞納海溝最深的地方可以達(dá)到達(dá)6千米到11千米左右，是已知的海洋最深水壓最大的地方。那這里的水壓是多少呢？

我們在初中物理時(shí)學(xué)過，液體壓強(qiáng)的公式p=ρgh，其中，p是壓強(qiáng)，ρ是水密度，g是重力加速度，h是深度。

海水密度一般是水的1.02到1.07倍，這里我們?nèi)?040kg/m^3，重力加速度取9.8m/s^2，深度取11km 。

我們很容易計(jì)算出這里的水壓是112112000Pa，我們四舍五入算作112MPa 。

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是0.1MPa，那么馬里亞納海溝最深處水壓為 1120個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

如果對于我們?nèi)祟惗裕谶@個(gè)壓強(qiáng)下，肯定存活不了。

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但是普通鑄鐵的抗壓強(qiáng)度大概在200MPa左右，還有很多鋼鐵的強(qiáng)度比這還要再高一些。我們很容看出，馬里亞納海溝最深水壓比鐵的抗壓強(qiáng)度小的多。

所以，實(shí)心鐵球不會(huì)變形的，或者說，實(shí)心鐵，不管是什么形狀，多大質(zhì)量，都不會(huì)變形的。

而且一個(gè)100斤的鐵球，直徑有限，四周壓強(qiáng)幾乎平均，即使沉入更深的水底，那里超過200MPa，也不會(huì)變形，只可能只會(huì)發(fā)生些微的形變，就是直徑縮小。

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但是，如果這是一個(gè)空心鐵球，就不一定了。而且如果空心特別大，當(dāng)空心鐵球的密度小于海水密度時(shí)，它會(huì)飄浮在水面，必須要施加外力才能讓它下沉，這時(shí)候，它收到的壓力就不平衡了，會(huì)變形，甚至破損。

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一個(gè)鐵球，能不能在馬里亞納海溝溝底“存活”，跟它的質(zhì)量沒有關(guān)系，因?yàn)殍F球的抗壓強(qiáng)度非常高，哪怕是地球上最深的海底，也無法把它給壓碎。

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雖然馬里亞納海溝溝底水壓強(qiáng)很大，但是它也并不能把鐵球壓扁，當(dāng)然了，這里有一個(gè)前提條件是鐵球是實(shí)心的，而不是空心的，所以說，這個(gè)問題的關(guān)鍵在于鐵球到底是實(shí)心的還是空心的，如果是實(shí)心的，管它是1斤，100斤，甚至是1噸或者是100噸，那都沒有關(guān)系，鐵球都不可能被壓扁的。

不過如果是空心的話，那么鐵球的抗壓強(qiáng)度可能就沒有這么厲害了，在水壓的作用下，鐵球就有可能被壓扁，甚至是壓碎都有可能，那么為什么一個(gè)空心就能對鐵球的抗壓強(qiáng)度帶來如此大的影響呢？就著這個(gè)問題，我們不妨來假設(shè)一下，假設(shè)有一個(gè)裝滿了水的氣球（內(nèi)部沒有一點(diǎn)空氣），將其從大海扔下去，按道理來說，氣球應(yīng)該會(huì)懸浮在水中，不過呢，由于水壓對其體積有一定的壓縮作用（雖然壓縮的范圍很小），所以氣球會(huì)慢慢往下沉。

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【100斤鐵球能在馬里亞納海溝“存活”嗎？不會(huì)被壓強(qiáng)壓成餅嗎？】慢慢往下沉的過程中，氣球所在環(huán)境的水壓強(qiáng)也就越來越大了，那么問題來了:氣球能被水壓壓碎嗎？答案是不能，其實(shí)你可以試著想一下，氣球的各個(gè)方向所受到的水壓強(qiáng)基本上是沒有區(qū)別的，因?yàn)闅馇虻捏w積足夠小，完全可以忽略水壓強(qiáng)在如此小維度的變化。所以呢，氣球相當(dāng)于在各個(gè)方向上受到了同等大小的力，氣球其實(shí)就處于平狀態(tài)了，根本就不可能被壓碎的。

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回到題目中的這個(gè)問題來，鐵球就更不可能被壓碎了，因?yàn)橐环矫骅F球的抗壓強(qiáng)度很大，另外一方面，鐵球和水一樣同樣是受到了各個(gè)方向的平衡力，所以也是處于平衡狀態(tài)，也不會(huì)被壓碎的。更重要的是一點(diǎn)，我們通常測得的鐵的抗壓強(qiáng)度，其實(shí)是在無側(cè)向束縛力的條件下測得的極限抗壓強(qiáng)度，而題目中的鐵球，進(jìn)入到了水中之后，受到的力是來自各個(gè)方向的，壓碎鐵球需要克服的就是鐵原子之間的斥力，而這個(gè)力是強(qiáng)相互作用，僅僅依靠地球上萬米的水深，是無法將其壓縮的，如果想要做到明顯的變形，那么至少得在水深幾千千米的深度，而地球上并沒有這么深的水。