人掉進火山的岩漿中為什麼會浮著?
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如果人掉入水中,其結果很有可能會沉下去,最終又浮上來。但如果人掉入火山的岩漿中,並不會直接沉下去,除非是機器人。
儘管岩漿的行為就像其他液體一樣,但一些關鍵的物理性質表明,情況並非如此,岩漿完全不同於諸如水等液體。
水的密度為1000 kg/m^3,粘度為0.00089 Pa*s。
熔岩的密度為3100 kg/m^3,粘度為100-1000 Pa*s。
Pa*s是粘度的國際單位。粘度反映液體分子間的內部摩擦力,粘度越大,流動阻力就越大。因此,如果把物體扔到液體中,相對於高粘度液體(如冷玉米糖漿),低粘度液體(如水)會讓物體很快沉入其中。此外,液體的密度也會影響物體的下沉速度。
水和熔岩是完全不同的液體,熔岩的密度大約是水的3.1倍,而粘度則是10萬至100萬倍。因此,人掉進岩漿中的情形很可能不同於掉入湖水中。人的平均密度約為1010 kg/m^3,稍大於水的密度。這就是為什麼我們有時候會漂浮在水中,有時候會沉入水中。根據肺部的空氣量,人可以在一定程度上控制自己的浮力大小。此外,如果在鹹水中,人就更容易浮起來,因為鹹水的密度往往比人體的大。對於岩漿而言,人體的密度不到岩漿的三分之一,因此,人很難陷入岩漿之中。
為了瞭解人掉進岩漿中會是怎樣的情況,可以做個小實驗來看看效果。在室溫下取一些機油(5W30)裝在小桶中,它的密度約為約920 kg/m^3,粘度約為1 Pa*s的粘度——假設這是熔岩。然後用泡沫塑料做個小人,其密度約為300 kg/m^ 3,大約為機油密度的1/3。
然後,把泡沫塑料小人放在桶的邊緣,慢慢把他推下去。結果他並並不會沉入機油中!因此,掉進岩漿的人應該也不會沉下去。當然這個小實驗還沒有考慮到溫度,要知道那些紅色岩漿的溫度高達1000攝氏度。另外,此前科學家曾在火山做過實驗發現,當溫度較低的物體碰上大量岩漿時,可能會引發爆炸。
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