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?
海水压力,是指一定高度的海水柱作用给其底部1平方厘米面积上的力。深度每增加10米,压力就要增加一个大气压,海底1000米,压力大概为100个大气压。一个大气压是0.1Mpa,也就是1公斤压力每平方厘米。100个大气压就是10MPa。10Mpa压力是极为恐怖的,每平方米承受1000吨的重量。
鲸鱼, 作为大海的霸主,其潜水能力很强。但是,要纠正一点,即使是鲸鱼也无法潜入10000米深。长须鲸可在水下300-500米处待上1小时。齿鲸道抹香鲸能潜至两千米,并在水中持续2小时。萄牙首都里斯本权附近海域的2200米水深处,发现被电缆缠绕而窒死的抹香鲸,这是迄今为止哺乳动物潜水最深的记录。
2200米深度,就相当于2000多吨的压力作用在鲸鱼的身体上。血肉之躯是如何扛得住恐怖压强的呢?
不得不感叹造物的神奇,鲸鱼虽然是哺乳动物,但也具备鱼类的一切外形特征。为适应环境,鲸鱼的肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织极为的细密,骨骼容易弯曲,尤其鱼皮能使鱼体内的生理组织充满水分,保持体内外压力的平衡。
不仅如此,鲸鱼还有特殊的生理结构来抵抗水中压强。就拿抹香鲸来说,其大脑中有一种脑油物质,脑油在低于29度温下慢慢凝固,这样就使得密度增大,重心前移,便能潜入更深,在深水区中,鲸的肋骨与胸骨、脊椎骨的连接很松弛,潜水中随外界压力的增大而收缩,肺也随之收缩,水深约到100米以下肺泡就完全收缩起来,不再进行气体交换,鲸鱼的血液会富含氧气,而肺部却能大大缩小,这样的状态下,鲸鱼身体内部压强足以抵抗外部水压,而肺部不会受到伤害。
潜艇的艇壳由耐压板,网状支撑系统和主受力结构构成,这种刚性结构在下潜中,不能像鲸鱼一样软性调节,只能靠应力支撑。
潜艇下潜时,潜艇的耐压结构要承受强大的深水压力。潜艇的耐压结构的部位有耐压船体、耐压指挥室、耐压液舱和横舱壁等。潜艇的耐压船体一般由高强度钢质壳板、肋骨和横隔壁等构成。壳板是保证潜艇强度的主要构件,肋骨呈环形,横向地布置在壳体内部或外部。现代潜艇的耐压结构强度可以保证潜艇下潜到300~900米的深海。一旦潜艇外部高强度钢板无法支撑海水压力时,充满空气的潜艇内部与外部海水之间的压差会挤瘪整个潜艇,就如同气球被压爆。