人掉进火山的岩浆中会浮着
如果一个人掉入水中,大多数情况下他会先沉下去,然后由于浮力作用再度浮起来。如果这个人掉入的是炽热的岩浆中,情况则大为不同,他并不会像掉入水中那样直接沉下去,除非他是机械人。
虽然岩浆在行为上类似于其他液体,但其独特的物理性质决定了环境的差异,岩浆与水等液体有着本质的不同。水的密度为1000 kg/m^3,粘度为0.00089 Pas,而熔岩的密度高达3100 kg/m^3,粘度则在100-1000 Pas之间。
粘度是国际衡量液体内部摩擦力的单位Pas。粘度大的液体,其分子间的外部摩擦力也大,活动阻力相应增加。当物体被投入液体中时,相对于高粘度液体(如冷玉米糖浆),低粘度液体(如水)会让物体迅速沉入其中。液体的密度也会影响物体的下沉速度。
水和熔岩是截然不同的液体。熔岩的密度大约是水的3.1倍,而粘度则是10万至100万倍。人掉进岩浆中的情景很可能与掉入湖水中的情景不同。人的平均密度约为1010 kg/m^3,略大于水的密度,这就是为什么我们有时会在水中漂浮,有时会沉入水中。而肺部空气量让我们可以在一定程度上控制自身的浮力。在淡水中,由于淡水密度常常大于人体密度,人更容易浮起来。而对于岩浆,人体的密度不到岩浆的三分之一,人很难陷入岩浆中。
为了更直观地了解人掉进岩浆中的情况,我们可以做个小实验。在室温下,取一些机油(如5W30)装在小桶中,其密度约为920 kg/m^3,粘度约为1 Pas,可视为模拟的熔岩环境。然后用泡沫塑料制作一个小人偶,其密度约为机油密度的三分之一。
将泡沫塑料小人偶放在桶边,慢慢推入“熔岩”中,你会发现它并不会沉入其中!掉进真实岩浆中的人应该也不会沉下去。这个小实验还没有考虑到温度因素。实际上,那些炽热的岩浆温度高达1000摄氏度。科学家在火山实验中发现,当温度较低的物体接触到大量岩浆时,可能会引发爆炸。
虽然人掉入水和掉入岩浆都是极端危险的情况,但两者之间的物理反应和结果却大相径庭。对于前者我们可能有一定的自救能力或经验参考;而对于后者则几乎无法想象其后果和应对方法。
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