人掉进火山的岩浆中为什么会浮着?
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如果人掉入水中,其结果很有可能会沉下去,最终又浮上来。但如果人掉入火山的岩浆中,并不会直接沉下去,除非是机器人。
尽管岩浆的行为就像其他液体一样,但一些关键的物理性质表明,情况并非如此,岩浆完全不同于诸如水等液体。
水的密度为1000 kg/m^3,粘度为0.00089 Pa*s。
熔岩的密度为3100 kg/m^3,粘度为100-1000 Pa*s。
Pa*s是粘度的国际单位。粘度反映液体分子间的内部摩擦力,粘度越大,流动阻力就越大。因此,如果把物体扔到液体中,相对于高粘度液体(如冷玉米糖浆),低粘度液体(如水)会让物体很快沉入其中。此外,液体的密度也会影响物体的下沉速度。
水和熔岩是完全不同的液体,熔岩的密度大约是水的3.1倍,而粘度则是10万至100万倍。因此,人掉进岩浆中的情形很可能不同于掉入湖水中。人的平均密度约为1010 kg/m^3,稍大于水的密度。这就是为什么我们有时候会漂浮在水中,有时候会沉入水中。根据肺部的空气量,人可以在一定程度上控制自己的浮力大小。此外,如果在咸水中,人就更容易浮起来,因为咸水的密度往往比人体的大。对于岩浆而言,人体的密度不到岩浆的三分之一,因此,人很难陷入岩浆之中。
为了了解人掉进岩浆中会是怎样的情况,可以做个小实验来看看效果。在室温下取一些机油(5W30)装在小桶中,它的密度约为约920 kg/m^3,粘度约为1 Pa*s的粘度——假设这是熔岩。然后用泡沫塑料做个小人,其密度约为300 kg/m^ 3,大约为机油密度的1/3。
然后,把泡沫塑料小人放在桶的边缘,慢慢把他推下去。结果他并并不会沉入机油中!因此,掉进岩浆的人应该也不会沉下去。当然这个小实验还没有考虑到温度,要知道那些红色岩浆的温度高达1000摄氏度。另外,此前科学家曾在火山做过实验发现,当温度较低的物体碰上大量岩浆时,可能会引发爆炸。
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