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鲸鱼是肉做的,潜入万米深都没事,为什么钢铁打造的潜艇容易被压扁?

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。


好啦!我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

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!

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。

感谢邀请,纠正楼主一个错误,抺香鲸能下潜的深度为1000~2000米。

鲸能下潜到这样的深度原因有三点:

1、适者生存,抺香鲸以大王乌贼为食,而大王乌贼深居千米深的海底,为了猎取食物,鲸鱼身体各部分结构适应了深海高压的环境。

2、抺香鲸独特的肺部结构,使其深潜时不至于象潜水艇一样被压陷。随着下潜深度增加,鲸鱼肺部逐渐变小,气体集中于气管、支气管中,而气管、支气管外面包围着坚硬的骨胳。也就是说,鲸鱼体内不存在像潜水艇那样大的一个保存空气的空间,如果潜水艇里灌满水,自然不会压陷。

3、那么问题来了,鲸鱼是哺乳动物,用肺呼吸,在下潜的一个多小时里,氧是如何提供的?科学家普遍认为,鲸鱼在深海里,肺停止工作,靠肌红蛋白贮存的氧提满足肌体需求,抺香鲸肌红蛋白的贮氧能力是其它动物的5~6倍。

从仿生学的角度来看,鲸鱼能为我们提供哪些脑洞大开的发明呢?欢迎大家来讨论,喜欢我的解释,请关注我;我解释的不好,批评指出。

既然你诚心诚意的问了,我便认认真真的回答你。

它有这个能力适应海洋深水区,潜水力超强无人能比,因为它的体积大所以不能被压扁。


实际上,鲸鱼是需要氧气的动物,它像人一样会被淹死,鲸鱼的肺比较大,因此,在海平面变化后,它们可以在水里数小时,鲸鱼的肺部可以收缩,从而增加内部压力,外骨骼可以抵抗局部压力,最主要是一种出色的储氧方法将血红蛋白和肌肉与氧气结合在一起,使其成为深海潜水的主要氧气来源。

座头鲸可以潜水超过2000米,可是军用潜水艇的平均深度为数百米,真的很厉害,我们要知道鲸鱼是纯哺乳动物体积大,而不是鱼类体积小,像人类一样通过肺呼吸,如果是这样,问题是,由于海洋的压力比较大与深度成了正比,所以鲸鱼完全可以潜入深海而不会压碎。


然而,即使潜艇制造的钢板更厚,潜艇也无法进入一万米深的海域,这也是人类的遗憾。然而,为什么肉做的鲸鱼在1000米的水下是安全和健康的,而潜艇却很容易被水压压碎?科学家在研究后给出了答案。

蓝鲸是世界上已知的最大的生物。它们的体长超过33米,重量可达181吨。蓝鲸的重量相当于35头非洲象或3000个人的总和。蓝鲸非常巨大,它的舌头重2000公斤,它的头可以容纳50个人,它的血管可以容纳小孩子在里面游泳,最引人注目的是蓝鲸的心脏相当于一辆汽车。


幸运的是,生活在海里的蓝鲸不必承受自己惊人的重量。在水的浮力下,蓝鲸可以自由地生活在水下。据了解,蓝鲸可以潜入2000多米深的水中,但一般潜艇只能潜入500米深的水下。为什么鲸鱼和潜艇之间的差距如此之大?首先,鲸鱼是固体,这是鲸鱼在水下的优势之一。鲸鱼已经在水下生活了很长时间。

在它们一万年的生存历史中,鲸鱼进化出了特殊的肌肉和骨骼。在强大的水下水压下,鲸鱼的骨头会变得非常薄,容易弯曲,但是它的肌肉组织变得极其柔韧,因此纤维组织变得出奇地细。随着潜水深度的增加,鲸鱼的肺可以变窄,而鲸鱼的肋骨、胸骨和颈椎也可以改变,如放松或收缩等。来保护鲸鱼。


然而,在鲸鱼的体内,有一层非常薄的皮肤组织,这可以使鲸鱼的生理组织充满水分,并保持内外压力的平衡。然而,潜艇是不同的。潜艇内部是中空的,内外压力差无法调节,导致潜艇潜入深水后不得不面临巨大的水压。

题目中说鲸鱼能潜入万米深海是不可能的,但相比于人类造的军事潜艇而言,鲸鱼能下潜的深度是高于它的。

(比如能下潜到两千多米深的抹香鲸,相比而言,军事潜艇的平均深度也就几百米)

我们知道鲸鱼并不是鱼,而是纯正的哺乳动物,它和人类一样,也通过肺部进行呼吸。那么问题来了,海里的压强是随深度成正比的,那么为什么鲸鱼能潜入深海而不被压扁呢?

刚才也说了鲸鱼是通过肺部呼吸的,因此从原理上来讲,鲸鱼必须要使体内的压强和体外的压强保持一定范围的平衡,这样才不至于整个身体被压扁。

实际情况也确实如此,鲸鱼的肺部可以通过收缩的方式来增加内压,并且外部的骨骼也会抵御部分压强。最后还有它出众贮氧方式,它通过血红蛋白以及肌肉中的肌血球素同氧气结合(贮氧能力很强),这是深潜过程中主要的氧气来源(因此它此时肺部的气体并不多,这也降低了深海潜水的风险)。

而人类的潜艇则没有这么灵活了,毕竟艇内有那么多人需要生存,因此内部的气压要保持在平常状态,而随着深度的加深,潜艇内外压强差就越来越大,直到极限深度就不能下潜了,否则潜艇就要扁了。

期待您的点评和关注哦!

潜艇如果潜到很深的水里会发生形变,那么鲸鱼等海洋生物为何不会出现这种情况,潜艇又该如何进行这方面的改进呢?

潜艇作为水下最为重要的一种作战兵器,除了看重武器性能和航速等指标外,还十分重视最大潜深这个数据。潜艇能下潜的越深,那么其被水面和空中反潜力量发现的可能就越小,潜艇就能更加安全和隐秘的执行任务。而且潜艇潜深性能越好,其在与敌方潜艇的交战中就能获得更大的优势,因为敌方潜艇不能进入同等深度的水域,在发现和进攻上就先天处于劣势状态。

而潜艇想要能多下潜一些,就要付出极大的代价。不仅需要在设计布局上进行大量加强加固设计,还需要换用更强性能的材料,这是因为潜艇面临的一大天敌就是水压。普通的钢材很难让潜艇进入数百米深的水下,而只有应用了钛合金后潜艇才能尝试进入千米深的水底。

但是水中大量海洋生物却没有这种烦恼。这是因为海洋生物虽然在强度和坚固上性上难以和潜艇相媲美,却拥有大自然最鬼斧神工的构造和适应性。历经数千万年的进化和适应,鲸鱼等生物已经完全适应了深海的压强和环境,因此凭借独特的身体构造其能够在深海中畅行无阻。

由于鲸鱼的呼吸系统和身体构造能够平衡水压,所以其不至于被强大的压力压扁。因此其在数千米深的水中不仅不会呼吸困难,反而能在其中自由自在的游动觅食。而这是长期陆上生活的人类和人造物体难以具备的,可见保持水压平衡是其难以被模仿的独特技能。

而科学家也逐步发现了这个秘密。因此在研发最新一代的潜艇时普遍都将仿生学带入了潜艇的外形和内部构造设计中。通过采用一系列的减阻设计和流体力学仿生应用,现代潜艇能够进入将近千米深的海洋深处,这不仅使得潜艇的技术性能和应用场景大大增加,还促使各国研发新一代反潜兵器以对付潜艇。

大部分鲸鱼只能潜入水深500米左右的海里,只有少数抹香鲸可以潜入2000米深的海域进行捕杀,这还是源自于抹香鲸喜欢吃大乌贼,而这样的乌贼在水深2000米左右活动,为了吃,它们也是付出了努力~

人为什么不能潜入深水

大部分认为,潜入深水,在水中停留的时间长,和肺有关系,这点没错,但实际上,肺越大,在水中停留的时间长,可相反,潜入的深度就越低。

鲸鱼之所以可以潜入深水,是因为它的肋骨,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,可以增强对压力的抵抗。

人类的肋骨不足以支撑压力,一是肋骨非常脆,嘎嘣脆同咱们吃的猪肋骨差不多。另外一点就是肺不会收缩,里面都是空气,承受不住太大的压力。

潜水深度不可怕,重要的是浮出水面的一瞬间

总所周知,潜水的人经常会犯潜水病,潜水病主要是潜水人体内会生成氮气,而氮气在人类浮出水面的时候会形成气泡,大型动物浮出水面气泡会很大,快速出水容易爆炸,所以人类潜水员浮出水面都不能特别快,潜水病不是闹着玩的。

鲸鱼潜水,肺会收缩,将肺内的空气压缩到气管和支气管之中,就不会产生氮气,也不会有潜水病。

人类潜水时间通过训练是可以延长的,世界纪录是可以在水中憋气20多分钟,潜水最深的纪录是水下332米之多。

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鲸鱼并不能够潜入万米,最多也就是潜入2000米的深度。常规潜艇深度也就300米左右,太深了就可能会导致船体损毁进水。



鲸鱼之所以可以下潜至2000米,是因为在2000米范围内,鲸鱼都可以调控体内压力。在鲸鱼下潜时,其血液会增加溶氧量促使内外压力平衡。在鲸鱼上升时,其血液内的氧气会被分离出来,调节压力下降。这样保持内外压平衡,鲸鱼就不会被深海巨大的压力压扁。



至于潜艇,因为内部空腔比较大,而且内部空腔是密闭系统,所以内外压力是完全不平衡的。潜艇内部压力只有一个大气压,而海水每10米一个大气压。到300米的时候已经有30个大气压了,相当于每平方米受力300吨重量,如此巨大的压力,足矣把潜艇压变扁损毁。除非是潜艇骨架承受能力比较强,才可以免受损毁。

这就是潜艇下潜深度不深的原因。

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