鲸鱼潜入万米深都没事,为什么钢铁打造的潜艇在水下容易被压扁?

鲸鱼能够在几千米深的海洋里畅游,是用了几千万年的时间“拼”出来的,而人类仅仅用了几十年的时间,就比鲸鱼下潜得更深。

根据鲸鱼品种的不同,它们可以下潜的深度也是不同的。比如,小型齿鲸的下潜深度在100-300米之间;长须鲸的下潜深度在300—500米之间;抹香鲸的下潜深度在1000米左右。

目前,人类已知下潜最深的鲸鱼为柯氏喙鲸,它下潜的最大深度为2992米,是世界上下潜深度最大的哺乳动物。

和鲸鱼相对比,人类制造的军用潜艇就稍微逊色一些。普通的常规动力潜艇下潜深度一般在250—350米之间;核潜艇会下潜的深一些,一般在400—500米左右。

历史上,下潜最深的潜艇是前苏联制造的“共青团号”核潜艇,它曾经到达过1020米的深度。

从这些资料中我们就可以看出,人类用钢铁打造的军用潜艇,最深的下潜纪录仅仅和抹香鲸持平,离柯氏喙鲸将近3000米的深度,差的不是一点半点。

为什么鲸鱼会在几千米的深海中自在畅游,人类用钢铁打造的潜艇却达不到那样的深度呢?

首先,我们先了解下海水的压力

压力和海水的深度是成正比关系的,下潜深度越大,承受的水压力就会越大。

我们地面的标准大气压力为1帕,随着不断向海洋深度下潜,每增加10米深度,大约增加一个大气压。如果到达3000米的深度,水压就达到了300个大气压

300个标准大气压,这是个什么概念呢?

1个标准大气压相当于每平方米承受1吨的重量;300个标准的大气压,相当每平方米要承受3100吨的重量

我们普通人,在没有任何装备的情况下,可以潜到10米的水深,就算经过专业训练的潜水员,也不过潜到五六十米深,超过这个深度身体就会承受不住海水的压力。

鲸鱼能够凭借着血肉之躯下潜到这个深度,真的很让人不可思议。

鲸鱼为什么能下潜几千米都没事?

鲸鱼能够凭借着血肉之躯在几千米的水下生活,是经过了几千万年的时间“拼”出来的。它们身上的每一个部位,都是为了能够更好的适应海洋生活而进化出来的。

1、鲸鱼皮下有着厚厚的脂肪层

鲸鱼是一种恒温动物,为了能够在冰冷的海水里保持自己的体温,鲸鱼的皮下有着厚厚的脂肪层,也就是我们常说的鲸油。

根据种类不同,鲸鱼皮下脂肪的厚度也不同。脂肪层的厚度普遍在20—30公分之间,最厚的能够达到半米。

脂肪层的存在除了为鲸鱼储备能量、保持体温的同时,相当于给它穿上了一层厚厚的“铠甲”,抵抗这深海中的压力。

2、鲸鱼的内部各个器官收缩,防止被海水挤压

鲸鱼的肋骨、胸骨、脊椎骨的连接处是比较松弛的,它们的胸部比较柔软。在它们往水深处走时,由于水的压力,它们的胸部会塌陷收缩,肺里的空气会被挤出来,储存到气管、血液的细胞中。

让自己体内的压强足以抵消深海的压力。

这样就防止了巨大的压力对肺部的伤害。

根据人类对海豚的观测,海豚在下潜到10米水深时,胸部就会出现明显的凹陷。

不仅如此,鲸鱼的体内还有着大量的静脉丛。当鲸鱼开始下潜到深处时,这些静脉丛会充血变大,减少或消除体内的空气,这样就不会有“挤压”现象发生。

我们可以简单的理解为,鲸鱼下潜深海后,体内逐渐转变为一个实心的状态。

综上所述,鲸鱼下潜到深海时,不但有厚厚的脂肪层作为“铠甲”抵抗水压力,身体内部还会收缩变形消减水压力。就是用这种刚柔并济的方式,鲸鱼才能下潜到几千米深度。

不过,鲸鱼肯定不能无限制的下潜,要是真的下潜到万米的水深,那鲸鱼也扛不住,肯定会被强大的水压挤扁。

人类打造的军用潜艇为什么不能下潜这么深?

国外曾经做过这样一个实验。

他们将一个大型的油罐摆在空地上,利用起吊机吊起几吨重的铁锤猛砸油罐,油罐完好无损。

随后他们将油罐里的空气不断抽出来,当油罐内处于真空状态的时候,结实的油罐瞬间被大气压挤扁。

造成这种现象的原因就是,油罐外的气压远大于油罐内部气压。

军用潜艇同样是这个道理。

当潜艇下潜的时候,下潜的深度越大,海水的压力就越大。

可是潜艇内部必须保持适合人类生存的气压范围,当下潜到一定深度的时候。海水的压力大大超出潜艇内部的气压,潜艇就会被挤扁。

如果想要避免这种情况发生,就要在潜艇的内部充满液体,或者潜艇内部的气压和海水的压力相同。不过这是一件不现实的事情。

所以,军用潜艇一般只能下潜到三五百米的深度,只能利用自身的钢铁材质来抵抗海水压力。

人类制造的深海潜水器,可以潜入万米深的海域

军用潜艇达不到的深度,人类制造的深海潜水器能够轻松抵达,甚至比鲸鱼下潜的深度还要深。

深海潜水器可以轻松抵达水下五六千米的海域,甚至到万米深都不是问题。

这是因为深海潜水器的制作材料为钛合金,这种材料具有超强的抗压性和抗变形能力。

至于为什么军用潜艇不用这种材料制作呢?

主要原因是军用潜艇没必要下潜那么深,如果下潜的太深无法保障正常的军事任务。

而且军用潜艇全部用钛合金制造的话,成本太高。

说在最后

几千万年以前,鲸鱼刚刚踏足海洋的时候,也只能在浅海中游荡,它们也无法下潜的太深。

正所谓物竞天择,适者生存。现在的鲸鱼能够下潜水下几千米,是它们几千万年为了适应环境,自己进化出来的。

鲸鱼用了很长时间才能抵达的深海,我们人类仅仅用了几十年就能达到,不得不佩服人类的智慧

鲸鱼潜入万米深都没事,为什么钢铁打造的潜艇在水下容易被压扁?

答:鲸鱼在下潜过程中,肺部逐渐缩小,使体内压强增加,用来平衡体内外的压强。

水压

水中压强和水深有关p=ρgh,深度每增加10.3米,压强就会增加一个大气压,在1000米的深度下,水压高达97个大气压,相当于每平方米承受970吨的重量。

鲸鱼的身体经过长时间演化,已经进化出适应深海潜水的能力,但也是存在极限的,一般鲸鱼只在500米以上的浅水区活动,而抹香鲸最高可以下潜到2000米,再深的话鲸鱼身体也承受不了。

而军用核潜艇,一般最大下潜深度在300米左右,就算是特制的核潜艇,最大下潜深度也就700米,无法和鲸鱼的下潜深度相比较。

原因

当鲸鱼潜入深水区后,鲸鱼的肺部大大缩小,体内压强增加,用来抵抗体外的水压,使得体内外压强平衡,这就是鲸鱼不被压扁的原因;但是鲸鱼体内的压力增加也是有极限的,超过极限之后,鲸鱼身体也无法承受。

由于核潜艇需要载人,人体所处的大气压强,需要保持在1个大气压左右,内部压强没有多大调节的余量,于是随着下潜深度的增加,潜水艇内外压强差越来越大。

核潜艇不具备鲸鱼那样,用增加内部压强的方法来抵抗深水压强的能力,只能靠着金属结构硬抗,所以核潜艇的下潜深度非常有限。

但是对于科学研究用的深海潜水器,本身结构简单,还采用了多层逐级增压的结构设计,所以能下潜到海底1万米的深度。

其他例子

生物经常用到类似的原理,来适应高压环境,比如在马里纳亚海沟1万米处的生物,体内充满高压体液,来平衡体内外压强。

甚至我们人类都是这样做的,一个大气压强为101.325kPa,相当于每平方米皮肤承受10吨的重量,但是我们人类体内的压强也在一个大气压左右,于是体内外压强基本平衡,人体就不会被大气压强压扁。

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鲸鱼潜入万米深都没事,为什么钢铁打造的潜艇在水下容易被压扁?

潜艇是举世公认的战略性武器,为各个军事大国所重点研发的武器之一。

衡量一艘潜艇的好坏,无非是操作系统、动力装置、军事武装、导航、探测等几个方面,当然其中一个重要因素——下潜深度。

大多数国家的潜艇下潜深度都在300-400米之间,美国的“海浪号”的下潜深度是650米,而俄罗斯的S I 和S II级别潜艇,下潜深度能够达到700-800米之间。

影响潜艇下潜深度最为关键的是制作材料,这也是研发重点。另外则是外观、焊接工艺。

影响潜艇潜水深度的最关键因素是气压。潜艇下潜越深,承受的压力越大。通常来说,潜艇每下潜十米,就会承受一个大气压的压强。因此,当潜艇下潜到500米时,它所承受的压强就会达到50个左右。也就是说,在这样的环境下,潜艇每平方米承受的重量为50吨,一旦超过了潜艇表面材料的承受极限,会逐渐把潜艇压扁。

从仿生学的角度讲,潜艇是科学家仿照鲸的许多特性而发明研制的。可是鲸的潜水深度却比潜艇厉害的多。 小齿型鲸潜水深度是在100-300米左右,长须鲸能在300到500米水下停留一小时左右。最大齿的抹香鲸的潜水能力更惊人,可以在一千米左右的水下停留2小时之久。

60多年前,人们厄瓜多尔附近海域1100多米的深海中,发现了被海底电缆缠死的抹香鲸。这是人类迄今为止发现鲸潜水的最深记录。

我们都知道,潜艇是由高强度的金属制成的,潜水深度还只在500米左右,而鲸这种浑身是肉的动物却可以在几百米到千米左右的深度自由游动。究竟是什么原因,能让鲸可以胜过钢铁呢?

虽然鲸的祖先是生活在陆地的,但鲸在海里已经生活了上万年,经过长期的进化,鲸的器官组织和某些功能也发生了很大变化,已经完全适应了海洋生活环境。

鲸的身体变化首先表现在肌肉和骨骼上。由于深海环境的巨大水压作用,鲸的骨骼变得非常薄,而且容易弯曲;肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织变得出奇的细密。

鲸长期的深海生活,它的肋骨,胸骨,颈椎骨的链接处是松弛可以收缩的。 随着潜入深度的增加,鲸鱼的肺会越来越小,最后收缩到一定程度以后,体外的骨头起到保护的作用,可以增强它抗压能力。而且长期的水下生活让鲸的表皮组织变成一层非常薄的层膜,它能使鲸体内的生理组织充满水分,保持体内外压力的平衡。

还有一点,鲸在进入深之前,就在自己身体内蓄满了水,用来呼吸,经过一段时间再到水面上喷出巨大的水柱来换气。这样鲸在海底就不用张口呼吸压强大的海水,也使自己保持较好的抗压能力。鲸体内的水可以让自己体内的压强和海水对鲸体表的压强基本持平,鲸鱼就可以承受巨大的压强。

而潜艇就不同了,潜艇在设计的时候不但要考虑潜艇表面的抗压承受能力,还要考虑到潜水员在潜艇里的生活环境和长时间水下生活的适应能力。

用最简单的话说——鲸鱼是实心的,而潜艇因为要有人操作,必须是空心的。

如果是无人驾驶的话,潜艇完全可以抗的住更大的压强,在更深的海底航行。早在上世纪六十年代,人类发明的无人探测船就可以在万米深的水下进行科学考察。人类深海考察的最深记录是1957年苏联的考察船在马里亚纳海沟创造,考察船当时到达了马里亚纳海沟11929米的深处。

而现代科技下,哪怕人类用了比黄金贵上好几倍的钛合金,所制造的潜艇也不过能潜水千米左右。大自然的产物胜过人类最高端的科技,这也是自然值得我们尊敬的原因啊!

南巷孤猫 分类:生活

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