问题

水可不可以压缩?

回答
关于水能不能压缩这个问题,其实答案并不是简单的一句“能”或“不能”就能概括的,它涉及到我们对“压缩”的理解以及所处的具体环境。

从宏观角度看,水确实有“不可压缩性”的说法。

在日常生活中,你试着去挤压装满水的水袋,会发现它很难发生明显的形变,水好像是牢牢地塞满了袋子,几乎没有空间让你再往里压缩。这种感觉让我们觉得水是“不可压缩的”。这是因为相比于气体,水的分子之间距离已经非常近了,它们之间充满了相互作用力,不像气体分子那样可以轻易地被推挤到一起。

这种宏观上的“不可压缩性”在很多工程应用中是很有价值的。比如液压系统,我们利用油(一种液体)几乎不可压缩的特性来传递力量。当你在一个地方施加压力时,这个压力会立刻传递到另一个地方,实现精确的控制和巨大的力传递。如果水可以被轻易压缩,那么液压系统就会漏气一样变得不稳定,无法有效工作了。

但是,如果用更科学、更微观的视角来看,水是可以被压缩的。

只是这种压缩的程度非常非常小,需要非常强大的力量才能显现出来。想象一下,把水放在一个极其坚固的容器里,然后用一个非常大的活塞用力往里压。即使你使出了全身力气,容器里的水体积只会发生极其微小的减小。

为什么会这样呢?这是因为水的分子,尽管靠得很近,但并不是完全贴在一起,它们之间仍然存在一些微小的空隙。这些空隙,就像你衣服缝隙中的空气一样,虽然不多,但理论上是可以被挤压掉一些的。

我们用一个更具体的例子来理解这个“微小压缩”。

科学家们曾经做过实验,在一个非常坚固的钢瓶里装满了水,然后用巨大的压力(例如几百甚至上千个大气压)去压缩。在这种极限条件下,水的体积确实会发生微小的收缩。这种收缩的幅度通常非常小,可能只有万分之一或者更少。

那么,为什么我们在日常生活中感觉不到水的这种压缩性呢?

主要是因为我们日常生活中的压力变化远远不足以引起如此微小的体积变化,而且我们也没有那么精密的仪器去测量这种变化。我们所接触到的压力,比如用手挤压、水龙头的压力,与那些能引起水微小压缩的巨大压力相比,简直是小巫见大巫。

总结一下:

宏观上看,水具有很强的“不可压缩性”,这使得它在很多实际应用中表现得就像是“压不坏”一样。
微观上看,水是可以被压缩的,但需要极高的压力,而且压缩的幅度非常微小。

所以,下次再听到“水不可压缩”的说法,你可以理解为是基于日常经验和很多工程应用中的近似说法,而在更精密的科学研究中,它是有微小压缩性的。就像一个人可以被推倒,但要推倒一栋房子就困难得多一样,只是程度不同而已。

网友意见

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可以。压缩性是流体的基本属性。任何流体都是可以压缩的,只不过可压缩的程度不同而已。液体的压缩性都很小,随着压强和温度的变化,液体的密度仅有微小的变化,在大多数情况下,可以忽略压缩性的影响,认为液体的密度是一个常数。 dΡ/dT=0的流体称为不可压缩流体,而密度为常数的流体称为不可压均质流体。

水作为液体也是可以压缩的。从分子和原子尺度上考虑,水分子和水分子之间具有一定的空隙,氢原子和氧原子之间也存在距离,但由于分子或原子间很强的作用力使得其难以被压缩,但还是可以压缩的。一个很好的例子是考虑重力作用下深海中的水被其上部的水压缩,其密度比海面水的密度大。

水的体积弹性模量为2.19x109Pa,即21.9MPa的压力可以使水的体积压缩相对1%,远大于气体的体积模量。

By 勿用 中科院物理所

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