汽車改造—汽車改裝app軟件
話說,有一家神奇的公司將一輛汽車密封,做成了一個潛水艇。
關于產品究竟如何,我們不置可否,但汽車終究不是潛水艇。而且,潛水艇與密封后的卡車完全是兩回事。
登入潛艇,首先將艙門關好,當潛艇下潛時,你將可以做你想做的事情,比如舒舒服服地喝茶。即使當潛艇下潛到300米深的海域(我只是隨便說說,如有雷同,純屬巧合),你也不會感覺有什么變化。
其實,感覺起來就像在一間沒有窗戶的房間里喝茶,和在陸地上沒什么區別。這得益于潛艇的內部保持恒壓的技術,其內部的壓力被保持在1個大氣壓,這就和在陸地上幾乎一樣了。
好,那讓我們快速地了解一下壓強。在地球的表面,我們身處于空氣之中(大致由氮氣和氧氣組成。空氣中的粒子肆意運動,并產生撞擊。當這些粒子撞到你的身體,就產生了微小的力。而物體表面的體積越大,在其表面產生的撞擊就越多。
那么,現在只看單位面積中出現的撞擊,也就是單位面積內物體所承受的力,這就是壓強的定義。
而到了水下,壓強也是同樣存在的,和陸地上不一樣,水里面撞擊表面的是水分子而不是空氣分子了。
然而,水的密度比空氣的要大的多,這也就意味著單位體積內會有更多的粒子。小編覺得似乎還應該對比一下分子質量才能得出這一結論。
那么將這些水支撐起來的是什么呢——更多的水。如果你想象一小坨(立方體)在海中的水,它的受力情況肯定是平衡的——為零。
首先,當然有重力將這一小坨水往下拖,但是它們還將受到來自各個方向“水”的壓力:其上方的水將它們往下壓,而下方的水將它們往上推。那么唯一有可能達到受力平衡的條件就是來自下方的推力(也就是壓強)要更大一些。這也就是說,在水中,壓強的大小與深度成正比。
另一方面,水比空氣密度大,水壓比氣壓自然就大一些。在海中,你只需要下潛10米就能感受到明顯的壓力變化,例如一位游泳運動員下潛至10米受到的壓強是2個大氣壓,而每下降10米,壓強就會增大1個大氣壓。那么,下潛至300米的潛艇——很容易算吧——承受的壓強就在31個大氣壓左右。
別忘了,我們還在潛艇中喝茶呢,我們只需要1個大氣壓。如圖所示,是表示潛艇承受壓強情況的剖面圖:
從圖上能看出來,潛艇內部和外部的力明顯不平衡(因為內外表面積幾乎對等,而內外壓強不一樣),外部向里擠壓的力要大得多。這也就意味著,你需要一個十分堅固的外殼來維持潛艇的形狀,不被壓扁。
現在,我們來看看潛艇形狀的秘密——圓形。潛艇大多數是圓柱型或是球型的。這里面是有學問的,當你將擠壓一個球狀物體,并保持各個方向力都一樣,你得到的結果將是物體表面承受的壓力是均勻分布的。而其他材料卻不是這樣,采用球型作為潛艇的形狀意味著我們能用更少的材料做出更堅固的外殼。
那么,現在我們來看看視頻中“成為”潛艇的那一輛卡車。我們來做做計算吧。假設這部潛水汽車已經下潛至5米深的水中,并假設其內部的壓強為1個大氣壓,那么卡車上的窗戶承受了多大的壓力呢?下面是我畫的示意圖:
沒錯這就是一個水下的卡車,在窗戶外面,壓力由5米深處的水提供,而在卡車內部,壓強為1個大氣壓。所以這個情況下,研究玻璃窗受力情況還需要計算水的壓力。水的密度是1000 kg/m3,然后水中壓強的計算公式為:
公式中,ρ就是水的密度,g是重力常數。假設窗戶的面積為20cm×20cm,在5米深的水中,其承受的壓力大約為1960牛頓。是的,其實我將窗戶的外部的壓強都看成一樣的,其實窗戶的高度會影響計算中水深的數值,窗戶頂部的壓強理論上比底部的小。但是這無傷大雅,就這么算吧。(正確的算法中會出現二階無窮小,留下的與這個計算結果一樣。)
1960牛頓的力說起來有點抽象,其實就好像兩個胖子站在窗戶的玻璃上,而這已經遠遠超出卡車窗戶承重范圍了。說了這么多,你覺得卡車能承受這樣的壓力么?我覺得是不能的。而這僅僅是在水下5米,如果卡車下潛到300米呢?窗戶的玻璃肯定會碎掉的,我們絕對不可能用這樣的材料來維持潛艇的內部壓強。
但是,你仍然可以制造出一輛潛水汽車,能下潛至30米并保證玻璃不碎。秘訣就是將卡車內部的壓強也增加,使得內外壓強達到平衡。這樣,窗戶的玻璃的凈受力就會接近零了。事實上,將內部的壓強增大至稍微高于外部壓強之后,還能防止水的內泄。高內壓能將各個薄弱環節穩住,并防止水從外部涌入。
那么,高壓之后,我們還能在里面喝茶么?我想是可能的,但是又有新的問題。第一,你需要平衡你的耳壓,就像潛水時做的一樣。第二,上浮時也必須十分緩慢,以此來避免“潛水夫癥”。其實這就像潛水一樣,除了沒有佩戴潛水的設備,因為你就在一個大大的潛水裝置中。
所以,我們當然可以將一部汽車改造成一個潛水艇。其下沉的范圍估計就和你的潛水極限一樣,而且我們還需要在其中配備氣罐,用以下沉時增加內部的氣壓。