纯科学”项目不会带来明确利益的情况下，还应该继续给物理学投入吗？......
2024-11-12 232
人掉落在马里亚纳海沟处，会一直沉到万米水底吗，为什么？
来源：互联网
2024-11-12 23:29:58 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
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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