Предел прочности: почему вода режет сталь, но не давит подводные лодки?
Если нырнуть в бассейн, уши начнут болеть уже на трехметровой глубине. Если речь о Марианской впадине, то там давление в тысячу раз сильнее, а с ушами можно попрощаться. Вода не имеет верхнего предела давления, но у нее есть предел терпения: при определенных условиях она… перестает быть жидкостью! Разбираемся в физике давления — почему струя воды режет, а океан давит.
Что такое давление и почему вода давит со всех сторон
Начнем издалека: давление — это сила, распределенная по площади. На уровне моря воздух давит на каждый квадратный сантиметр вашего тела с силой около 10 ньютонов — это есть одна атмосфера. Мы этого не чувствуем, потому что жидкости внутри нас давят наружу с той же силой. А вот под водой к этому всему делу добавляется масса всей толщи воды, которая лежит сверху. Формулу вы наверняка встречали в школьном учебнике по физике:
P = ρgh, где P — давление, ρ — плотность воды, g — ускорение свободного падения, h — глубина
Каждые 10 метров глубины добавляют примерно 101 325 паскалей или одну атмосферу. И да, вода не давит только сверху вниз. Она сжимает объект со всех сторон одновременно и с одинаковой силой — это закон Паскаля. Получается, что подводная лодка на глубине не испытывает давления только сверху — вода ее как бы равномерно обнимает со всех сторон.
Каково давление на «Титаник» и на дно океана?
Обломки «Титаника» лежат на глубине около 3800 метров. Давление там составляет примерно 38,5 мегапаскаля. Для наглядности: на каждый квадратный метр корпуса давит груз весом около 3850 тонн — это как на почтовую марку поставить огромный внедорожник!
На дне Бездны Челленджера (Марианская впадина, глубина около 10 935 метров) давление достигает 110 мегапаскалей. Это как взять три «Титаника» и поставить их друг на друга! Казалось бы, вот и предел — но это не так. Это просто самая глубокая впадина, которая у нас есть.