มาเรียนา ใช้เวลานานแค่ไหนในการทิ้งอิฐลงในร่องลึกก้นสมุทรมาเรียนา

มาเรียนา ในระยะเวลา 4.6 พันล้านปีที่โลกถือกำเนิดขึ้น โลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา และแผ่นเปลือกโลกมักจะชนกันและเบียดกันอยู่เสมอ แผ่นยูเรเชียจะหนาและสูงกว่าแผ่นแปซิฟิก ดังนั้น แผ่นแปซิฟิกจึงลดแรงอัดลงเรื่อยๆ ในขณะที่แผ่นยูเรเชียสูงขึ้นเรื่อยๆ และร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนา ซึ่งเป็นร่องลึกมหาสมุทรที่ลึกที่สุดในโลกก็ปรากฏขึ้น ความลึกเฉลี่ยของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาอยู่ที่ 8,000 เมตร และจุดที่ลึกที่สุดถึง 11,034 เมตร แม้แต่ยอดเขาเอเวอเรสต์ที่สูง 8,848 เมตร

ซึ่งเป็นยอดเขาที่สูงที่สุดในโลก ยังต้องการภูเขาสูงอีก 3,000 เมตรเพื่อให้สามารถยืนเหนือน้ำได้ ที่ก้นทะเลยิ่งลึกแรงดันน้ำยิ่งมาก สิ่งมีชีวิตในทะเลลึกจึงมีน้อย อย่างไรก็ตาม ในน้ำลึก 8,000 เมตรของร่องน้ำลึกก้นสมุทรใน มาเรียนา มีปลาสิงโตทะเลน้ำลึกอาศัยอยู่ กระดูกและกล้ามเนื้อของพวกมันถูกควบคุมอุณหภูมิด้วยความดันสูง เพื่อให้มีความยืดหยุ่นมากๆ เหตุผลที่พวกมันสามารถอาศัยอยู่ในทะเลลึกได้ ก็เพราะมีแผ่นฟิล์มบนพื้นผิวของพวกมันที่สามารถปรับแรงดันได้

พระผู้สร้างผู้อัศจรรย์ไม่เพียงหว่านลูกปลาในร่องลึกนี้เท่านั้น แต่ยังทรงหว่านปะการังที่ก้นคูน้ำด้วย นอกจากนี้ ยังมีจุลินทรีย์บางชนิดที่เพิ่มจำนวนขึ้นที่นี่ และร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาก็กลายเป็นสวรรค์อันเงียบสงบ โดยทั่วไป วัตถุจะจมหรือลอยอยู่ในน้ำหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของวัตถุนั้น ก้อนน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ดังนั้น มันจึงลอยอยู่บนผิวน้ำ แต่หินมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำมันจึงจมอยู่ในน้ำ หากวัตถุถูกสร้างเป็นโครงสร้างกลวง

แม้ว่าจะมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ แต่ก็ยังสามารถลอยได้ ตัวอย่างเช่น เรือใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้เพื่อให้สามารถแล่นในทะเลได้อย่างราบรื่น ดังนั้น การจะทราบว่าก้อนอิฐจะจมหรือไม่ อันดับแรกเราต้องเปรียบเทียบความหนาแน่นของน้ำทะเลกับก้อนอิฐ ถ้าอิฐมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำทะเลมันจะจม แต่ถ้าความหนาแน่นของอิฐไม่เป็นไปตามมาตรฐานการจม อิฐเหล่านั้นจะถูกแขวนลอยอยู่ในน้ำทะเลที่ความสูงระดับหนึ่ง ความหนาแน่นของน้ำทะเลไม่คงที่

และแรงดันในน้ำจะทำให้ความหนาแน่นของน้ำทะเลเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณกำลังว่ายน้ำ หากคุณเพียงแต่ให้คอของคุณสัมผัสกับน้ำ คุณจะรู้สึกได้อย่างชัดเจนถึงแรงกดที่เกิดจากแรงดันน้ำ บางครั้งก็รู้สึกหายใจไม่ออก ซึ่งเป็นความรู้สึกที่แตกต่างกัน ซึ่งเกิดจากความแตกต่างระหว่างแรงดันใต้น้ำและแรงดันบนบก ดังนั้น เพื่อให้สามารถดำน้ำได้ลึกถึงระดับหนึ่ง นักดำน้ำจำนวนมากจึงดำน้ำโดยมีน้ำหนักบรรทุกเมื่อลงไปในน้ำ หากนักดำน้ำต้องการดำน้ำลึกถึง 300 เมตร

ร่างกายของเขาจะถูกบีบด้วยแรงดัน 30 บรรยากาศ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ ผู้คนจำนวนมากจะเจ็บป่วยจากการดำน้ำ แม้แต่ผู้ชายที่มีกล้ามเนื้อก็ไม่สามารถเคลื่อนไหวร่างกายได้อย่างอิสระ เนื่องจากแรงกดดันมหาศาล ความดันบรรยากาศใต้น้ำคืออะไร โดยทั่วไปแล้วทุกๆ 10 เมตรที่ความลึกของน้ำเพิ่มขึ้น ความดันจะเพิ่มขึ้น 1 บรรยากาศความหนาแน่นของน้ำเพิ่มขึ้น 0.0046เปอร์เซ็นต์ สำหรับทุกๆ ความดันบรรยากาศที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าจำนวนนี้จะน้อยมาก

แต่ความลึกของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนานั้นลึกเกินไป หากแปลงตามข้อมูลนี้ ความดันบรรยากาศที่ส่วนที่ลึกที่สุดของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาจะอยู่ที่ประมาณ 1,100 บรรยากาศ ด้วยข้อมูลมหาศาลเช่นนี้ ความหนาแน่นของน้ำโดยตรงถึง 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ความหนาแน่นของน้ำทะเลที่ระดับ 11,000 เมตร คือประมาณ 1,050 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร นอกจากนี้ น้ำทะเลมีสารอนินทรีย์และแร่ธาตุเจือปนอยู่มากมาย ดังนั้น ความหนาแน่นจะสูงขึ้นเล็กน้อย

คำนวณคร่าวๆ ความหนาแน่นของน้ำทะเลในส่วนที่ลึกที่สุดของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาไม่เกิน 1,080 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ความหนาแน่นของอิฐธรรมดาอยู่ที่ประมาณ 1,800 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งเกินค่ามาตรฐานสำหรับก้อนอิฐที่จะจมลงสู่ด้านล่างของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนา ดังนั้น จากมุมมองของความหนาแน่นเพียงอย่างเดียว อิฐสามารถจมลงไปยังส่วนที่ลึกที่สุดของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาได้ ร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนาเป็นน้ำทะเลที่มีรสเค็ม เนื่องจากน้ำทะเลประกอบด้วยเกลือ

และมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำจืด ดังนั้น การลอยตัวของน้ำทะเลจึงมากกว่าน้ำจืด อิฐจึงมีความทนทานต่อน้ำทะเลมากกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความสามารถในการซึมน้ำได้สูงของอิฐ อิฐจะดูดซับน้ำทะเลจำนวนมากหลังจากเข้าสู่น้ำทะเลได้ไม่นาน ทำให้เพิ่มความหนาแน่นจนถึงจุดสูงสุด หลังจากความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ความเร็วในการตกของอิฐก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน ก็เหมือนคุณใส่ฟองน้ำลงในถัง ในตอนแรก ฟองน้ำจะลอยอยู่บนผิวน้ำและค่อยๆ ดูดซับน้ำ

เมื่อเวลาผ่านไป ฟองน้ำจะดูดซับน้ำเร็วขึ้นและจมลงไปในน้ำพร้อมๆ กัน เมื่อฟองน้ำถูกดูดซับน้ำจนหมด ฟองน้ำก็จะจมลงสู่ก้นถังด้วยความเร็วที่เร็วที่สุด จากข้อมูลที่เกี่ยวข้อง เมื่อก้อนอิฐจมลงในน้ำจืด ความเร็วของมันจะช้าในตอนเริ่มต้น แต่เมื่อมันจมลงด้วยความเร็ว 3 เมตรต่อวินาที มันคือความเร็วที่เร็วที่สุด ในเวลานี้ ความเร็วของอิฐถึงค่าสูงสุดของการดูดซับน้ำ ดังนั้น มันจึงถึงค่าสูงสุดของความเร็วการจมด้วย แต่ในน้ำทะเลอิฐจะพังเร็วกว่า เนื่องจากน้ำทะเลมีความหนาแน่นมากขึ้น

หลังจากถูกดูดซับเข้าไปในอิฐ มวลของอิฐจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่ออิฐดูดซับน้ำทะเลในน้ำทะเลจนอิ่มตัว อิฐจะจมลงด้วยความเร็ว 2.87 เมตรต่อวินาที ถ้าดูง่ายๆ ด้วยวิธีคำนวณเอาระยะทางหารด้วยความเร็วกับเวลา อิฐใช้เวลา 3,907 วินาทีในการจมลงสู่ด้านล่างของร่องน้ำลึกก้นสมุทรในมาเรียนา ที่ความลึก 1,1034 เมตรด้วย ความเร็ว 2.78 เมตรต่อวินาที แปลงเป็นชั่วโมงก็ประมาณ 1.1 ชั่วโมง แต่ปัญหานั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิด เพราะหากอิฐต้องการจมลงไปในก้นทะเล

ไม่เพียงแต่ต้องคำนึงถึงแรงดันและความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงแรงภายนอกที่อิฐต้องแบกรับด้วย เมื่ออิฐตกลงในน้ำทะเล แรง 3 แรงจะกดพร้อมกัน อย่างแรกคือแรงโน้มถ่วงของตัวมันเองจะกดให้จมลง อย่างที่ 2 คือแรงลอยตัวของน้ำทะเลจะยึดไว้ไม่ให้จม และอย่างที่ 3 คือความต้านทานต่อความหนาแน่นของน้ำทะเล ซึ่งจะป้องกันไม่ให้จม เนื่องจากความหนาแน่นของน้ำทะเลไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตามความลึก เราจึงถือว่าเป็นค่าคงที่

จากนั้นสิ่งเดียวที่จะขัดขวางความเร็วของการลงมาของก้อนอิฐ คือแรงต้านทานของก้อนอิฐขณะที่มันลงมาเมื่ออิฐตกลงมา ความเร็วที่อิฐตกลงมาจะขึ้นอยู่กับผลรวมของแรงที่อิฐได้รับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเร็วของอิฐจะพิจารณาแรงภายนอกทั้งหมดเพื่อให้ได้ความเร็วสุดท้าย เมื่อความต้านทานการล้มของอิฐเท่ากับน้ำหนักของอิฐลบด้วยค่าการลอยตัว อิฐจะมีความเร็วสูงสุดเมื่อตกลงมา และความเร็วนี้เรียกอีกอย่างว่า ความเร็วปลายทาง

นานาสาระ: ความวิตกกังวล อธิบายเกี่ยวกับเคล็ดลับในจัดการความวิตกกังวลของเด็ก