如果把1吨铁球扔到海里,它的下沉速度会一直加速还是会变匀速?如果把重达1吨的实心铁球扔到海里,由于铁的密度远大于水,所以在重力的...
如果把1吨铁球扔到海里,它的下沉速度会一直加速还是会变匀速?
如果把重达1吨的实心铁球扔到海里,由于铁的密度远大于水,所以在重力的作用下,铁球会一直下沉。那么,铁球的下沉速度会变得越来越快吗?
简单来说,如果海洋深度较浅,铁球的下沉速度会在一直增加。但如果海洋深度较深,铁球的下沉速度增加到某一速度之后就不再变化,它将会匀速下沉。关于铁球的下沉,可以对它进行简单的受力分析。
海水的盐度与温度会影响海水的密度,盐度越高,温度越低,海水的密度也越高。另外,随着海洋深度的增加,水压也会增加,这也会让海水的密度增加。不过,这些因素对海水密度的影响十分有限。为便于计算,这里假设海水的密度保持不变,取值为1030千克/立方米。
在铁球下落过程中,会有三个力作用在它身上,除了重力和浮力之外,海水还会对铁球产生一个阻力:
(1)重力:G=mg。由于海洋深度与地球半径相比非常小,所以可以假设铁球在下沉过程中,重力加速度g保持不变,这意味着铁球的重力也是恒定的。
(2)浮力:Fb=ρgV。其中ρ表示海水的密度,V表示铁球的体积。
由于铁球的体积:V=4/3πr^3
所以铁球所受的浮力:Fb=4/3πr^3ρg
(3)阻力:Ff=1/2ρv^2ACd。其中v表示铁球的速度,A为铁球的投影面积(A=πr^2),Cd为阻力系数(球体取值一般为0.47)。
铁球所受的合力为:F合=G-Fb-Ff
在这三个力中,重力和浮力基本保持不变,而阻力会随着速度平方的增加而迅速增大。当铁球的速度增加到某一速度时,阻力会大到使得铁球所受的合力为零。在这种情况下,铁球的速度不再增加,阻力也不再增加,所以铁球的合力始终保持为零,它将会匀速下沉,这个速度被称为终端速度(vt),具体公式如下所示:
如果铁球是均匀的,它的密度为7800千克/立方米,那么,重1吨铁球的半径约为0.3128米。由此,可以计算出小球的终端速度约为10.7米/秒。
那么,铁球需要多长时间,并且下落多长距离才会到达终端速度呢?
由于这个问题涉及到变速运动,合力一直在变,加速度也一直在变,所以需要通过微积分来计算时间和下落距离。
F合=ma=mdv/dt=mg-4/3πr^3ρg-1/2ρπr^2Cdv^2=e-fv^2
其中e=mg-4/3πr^3ρg,f=1/2ρπr^2Cd,v<vt。
分离变量,并对等式两边分别进行积分可得:
假设铁球的初速度为0,所以当v=0时,t=0,可以算出C=0。因此,时间t和速度v的关系式如下:
当铁球速度达到终末速度之时,铁球的下落时间约为23.6秒。另外,还可以算出,对应铁球的下沉距离为243米。
重达1吨的实心铁球扔到海里,下沉速度是会一直加速还是会变匀速
一个实心铁球投入水中,会沉入水底.而用钢铁制成的轮船却可以漂浮在水面上.这是为什么?
铁球扔到水里会一直沉下去吗 (不考虑水多深))
不要说会沉到底, 我的意思是水有足够深, 铁球会一直沉下去吗因为F浮<G,所以铁球下沉。
铁球下沉过程中,所受浮力基本不变,因为F浮=p液gV排,V排是不变的,p液会变大一点,但是幅度较小,重力G=mg,m不变,两式中都有g,一般来说,都看作是不变的,实际会有一定变化,但是两式都有g,它的变化对不等式没有影响。因此F浮<G始终成立,铁球会一直下沉。下沉的速度基本上heoryheory回答的一样。
就肯定一直沉下去.
因为铁球的受的浮力与深度没有关系,只与体积有关系
所以浮力不变,只能一直沉下去
铁的密度大于水的密度,就意味着铁球受到的浮力F总是小于重力G的.
铁球运动过程中,会受到水的阻力f(在水中行走的时候你会感觉到很费力,这就是水的阻力),速度越大,阻力f越大
铁球受到向下的力G ,向上的力F+f
开始时,铁球下沉速度很慢,阻力f小,G >F+f,向下的力大于向上的力,铁球越沉越快.
随着速度的加快,阻力越来越来越大,当大到G =F+f时,向下的力和向下的力相等.铁球下沉时既不加速也不减速,以原来的速度恒定不变地沉下去
把十斤的实心铁球沉入海底,会被压变形吗?
地球是一颗美丽的蓝色星球,它的美丽不仅来源于生命的丰富,而且也来源于海洋面积的广阔。地球的海洋面积占到了全球面积的71%。广阔的海洋中有着数不尽的生命,同样也有很多令人向往的奥秘等着人类去探索。
我们都知道,海洋随着水深的不断增加,水压也在不断增加,普通人能够潜入的海洋深度也不过才20米左右,再深由于水压太大,是无法下去的。只有专业的潜水设备才能够潜入更深的海底探索。曾经有人提出这样一个问题:如果将一个10斤的实心铁球沉入海底,铁球会被压变形吗?对于这个问题,人们的理解也是不一样的,有人认为地球海洋的最深入可达上万米以上,铁球是无法沉到海底的,再加上铁球的密度很大,海水的压力不足以将它压变形。
还有人认为,万米以下海洋的压力是非常强大的,实心铁球也同样会被压变形,那么到底哪个答案才是正常的呢?首先我们要明确一点,实心铁球是可以沉入海底的,不管这个铁球的质量是多少,海洋有多深,它都可以沉到海底,原因就是实心铁球的密度大约7.85g/cm,而海水的密度大约1.03g/cm,这样铁球的重力永远大于浮力,不管是海水有多深,它都会沉入海底。
那么沉入海底的铁球在强大水压的作用下会不会变形呢?答案是会,但是这种变形的幅度非常小,我们用肉眼是无法发现的,比如将实心铁球沉入世界上最深的海洋马里亚纳海沟,最深入有11034米,这里的压力约为1067个大气压,这个10斤的实心铁球表面相当于承受了726吨的重量。
这个重量如果是一般的物体早被压碎了,可是由于铁的密度不小,再加上它是实心的,四周受到的压力也均匀,铁球的体积在强大压力的作用下会微微压缩一下,直径大约会缩小几十微米,这点用肉眼是无法看出来的,只有通过仪器才能测出来。
当然,这是实心铁球,如果是一个空心铁球,那结果就不同了,这个时候铁球内部和外部有明显的压力差,在强大的水压下,铁球就会发生明显的变形,甚至被压碎。这也是为什么潜水艇要沉入深海探索也是一件非常冒险的事情,原因就是潜水艇内部是空心的,一旦潜入深水,强大的压力差会使潜水艇发生变形,从而带来未知的风险。
2021年,著名的导演卡梅隆曾经乘坐潜水艇潜入水深10000多米的马里亚纳海沟,当潜水艇上岸的时候,经过测量发现,潜水艇的长度减少了7cm。实心铁球由于内部空气很少,铁球抵抗水压的反伤作用力主要是来源于铁原子之间的斥力,而这个斥力是宇宙间的强相互作用力,水压再大,也不可能大过原子斥力。
由此可见,虽然我们知道深底中有很多的未知生物还有其它的一些奥秘,但是由于强大水压的存在,想要自由潜入探索也不是那么容易的。不过随着科技的快速发展,未来的潜水设备必然会越来越强大,潜入万米以下的深海中探索将会变得越来越容易,而我们普通人也可以去深海旅游,领略深海的风采。
虽然在我们的眼里,地球上最深的海洋马里亚纳海沟达到了万米以下,认为这已经是非常深的海底,但是如果放在宇宙中,这个海洋深度根本不算什么,就拿太阳系的土卫二来说,这是一颗表面覆盖冰层的星球,厚达到上百公里,而在厚厚的冰层之下也存在着一个巨大的海洋,而这个海洋的深度是地球海洋深度的几十倍。
所以,科学家目前虽然知道这个土卫二有地下海洋的存在,但是在未来想要深入这个海洋探索可不容易,即使我们能够钻透厚厚的冰层潜入海洋中,可能也无法探索到土卫二地下海洋的最深处,那里的压力更是大到可怕,没有超强的潜水设备很难深入其中。
深海中并不是只有无际的黑暗,而是还存在着很多神秘未知的生物,这些生物不是我们见过的生物,它们非常庞大,科学家至今也不知道深海中到底有多少未知的生物,海洋的面积太大了,存在的秘密也很多,想要揭开这个谜团,只有研究出更加先进的潜水设备,可以自由出入深海,才有可能真正揭开深海中的奥秘。
如果将一个10斤重的实心铁球沉入海底,铁球会被水压变形吗?
在整个地球三分是陆地7分是海洋,虽然说人类日常的生活都在陆地上面,但是人类对于海洋的探究也从来没有停下过脚步,熟悉海洋的人都知道在海洋深处压力非常大,一般的潜水员能够潜入到水下20米左右,但是再往下的话,因为水压太大,人类就根本下不去了。
曾经有一个问题非常有趣,如果把一个10斤重的铁球放在海里面,这个铁球会被压到变形吗?对于这个问题很多人的理解也都不一样,有人认为地球的海洋深度最高可以达到上万米,而且这个铁球才10公斤,重是不可能沉入到海底的,再加上整个铁球密度很大,相信海水压力是不足以把铁球压到变形的,但是有网友觉得如果这个铁球真的沉到了海下1万米左右,这个铁球肯定会被压到变形。
那么到底什么答案才是正确的呢?首先我们要知道这个球是可以沉入到海底的,因为这个铁球本身密度就非常大,而海水的密度比铁球小很多,这样的话,铁球的重力就永远大于海水的浮力,不管这个海水有多深,这个铁球都会沉入到海里,那么问题来了,这个沉入到海底的铁球会不会因为水压特别强大而导致变形呢,答案肯定是会的。
不过这种挤压变形的程度非常小,我们用肉眼几乎看不见,把实心球沉入马里亚纳大海沟的话,这个实心球相当于表面承受了726吨的重量,如果要是换做一般的物体的话,估计早就被压成粉末了,但是铁球的密度非常高,而且这个铁球是实心的,4周受力非常均匀,哪怕是面对这么高吨位的压力,铁球仍然会没有任何明显的变化。当然了,如果把这个铁球换成空心的铁球,那么这个铁球早就被压到变形了。
如果把100斤的实心铁球,沉入最深的海底,铁球会被压变形吗?
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