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如果把100斤的實心鐵球,沉入最深的海底,鐵球會被壓變形嗎?

根據已知的探測資料,地球上最深的海底是位於太平洋底部的馬裡亞納海溝,測量資料顯示,馬裡亞納海溝的最深處可達11034米,這裡的壓強大約為110Mpa,相當於每平方釐米的面積承受1。1噸的重量。那麼問題來了,如果把一個100斤的實心鐵球,沉入最深的海底,鐵球會被壓變形嗎?

如果把100斤的實心鐵球,沉入最深的海底,鐵球會被壓變形嗎?

在三維的空間中,物體受到的壓力可以來自於三個方向(X、Y、Z),因此物體的受壓情況可以分為單向受壓、雙向受壓和三向受壓。需要注意的是,在不同的受壓情況下,物體的抗變形能力也有很大的不同,而在三向受壓的情況下,物體的抗變形能力是最高的。

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從微觀的角度來看,這種現象很好解釋,一個物體可以看作是一大堆原子構成,在單向受壓和雙向受壓的情況下,構成物體的原子會沿著沒有受到壓力的方面“溜走”,物體就比較容易發生形變,而在三向受壓的情況下,這些原子卻沒辦法“溜走”,於是其抗變形能力就會變得非常高。

物體在海水中受到水壓來自於所有的方向,就是典型的三向受壓。

鐵的密度約為7。9克/立方厘米,據此我們可以計算出,一個100斤的實心鐵球的直徑約為23釐米,在海水中,其頂端和底端的壓強差只有大約2300Pa,與地球上最深的海底中的壓強(110Mpa)相比,這個值可以忽略不計。

所以我們可以簡單地認為,這個實心鐵球在海水中所受到的來自各個方向的壓力都是均勻分佈的。

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在這種三向受壓的情況下,構成這個實心鐵球的鐵原子就“避無可避”,因此它是不可能像想象中的那樣被直接壓扁的,而如果想要讓它發生形變,就需要壓縮鐵原子之間的空隙,換句話來講就是,讓這些鐵原子捱得更緊,從而使其在整體上縮小。

我們都知道,原子是由原子核和圍繞著它運動的電子構成,由於電子都帶負電,因此原子之間就存在著斥力,並且原子之間的距離越近,這種斥力就越大(電磁力的大小與距離的平方成反比)。

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由此可見,想要讓鐵原子捱得更緊,其實是相當困難的,實際上,即使是110Mpa的壓強,也只能將這個鐵球的直徑壓縮一點點(大概只有幾十微米的樣子),而我們用肉眼根本無法觀察到這種細微的形變。

所以我們的結論就是,如果把100斤的實心鐵球,沉入最深的海底,那麼鐵球確實是會發生形變,不過因為這種形變太過細微,所以我們通常都可以將其忽略。那麼地球上有沒有更大的壓力,可以讓這個實心鐵球變形得更明顯呢?答案當然是肯定的。

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我們的地球重達60萬億億噸,其核心的壓強高達370GPa,這相當於最深海底的壓強的大約3364倍,實際上,地核的物質主要就是鐵元素和鎳元素,而地核的平均密度卻有10。7克/立方厘米。很明顯,假如我們把這個實心鐵球放在地心,那麼它的形變將會是非常可觀的。

值得一提的是,地心的壓強在宇宙中根本就不算什麼,一個天體的質量越大,內部的壓強就越高,以至於那些質量巨大的天體,其內部的壓強甚至還可以直接將鐵原子“壓碎”,而中子星就是這樣一種天體。

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假如我們將鐵球放進中子星的內部,那麼構成這個鐵球內的鐵原子內的電子,都會被強大的壓強直接壓進原子核內,並與原子核內的質子形成中子,這些中子與原子核內原本存在中子緊緊地挨在一起,從而形成一個由中子構成的球體,而此時它就不能被稱之為“鐵球”,而應該稱為“中子球”。

鐵原子直徑的數量級為10^-10米,而鐵原子核直徑數量級為10^-15米,也就是說,在這個100斤的實心鐵球被放進中子星內部之後,它的直徑會由原來的23釐米縮小到23微米,而體積則會縮小1萬億倍,而這種尺寸的物體,我們就需要用顯微鏡才能看到了。