Может ли давление воды когда-либо быть достаточно высоким, чтобы задерживать пузырьки газа или удерживать их от всплытия?

Самое высокое давление в океане на дне Марианской впадины , где давление составляет 1 086 атмосфер. С помощью онлайн-калькулятора свойств азота при 4 °C и 1 000 атмосфер плотность получается равной 602 кг/м³, что все же меньше, чем у воды. Таким образом, пузырь азота поднялся бы даже в самой глубокой точке океана.

Ответ на комментарий:

В принципе, мы можем продолжать увеличивать давление, и азот должен стать более плотным. Однако при температурах выше 0 °C и давлениях, о которых мы говорим, азот является сверхкритической жидкостью, поэтому он не подчиняется закону идеального газа. Вычислить, в какой точке плотность превысит плотность воды, далеко не просто.

Влияние давления на воду очевидно. При температурах морского дна (около 4 °C) плотность воды медленно увеличивается с давлением примерно до 1050 кг/м3.$^3$при 6 000 атмосфер, после чего вода замерзает, образуя лед V. Таким образом, вопрос заключается в том, превышает ли плотность азота 1 050 кг/м³ при давлении 6 000 бар.

Я не могу найти никаких цифр для плотности азота при таких давлениях и температурах, хотя я нашел эту статью , в которой дается уравнение типа Ми-Грюнайзена , связывающее плотность, давление и температуру. К сожалению, предварительный просмотр показывает только две страницы, а остальная часть находится за платным доступом. Однако, используя цифры, которые они дают, и немного размахивая руками, я обнаружил, что плотность азота возрастает до 1 050 кг/м³ при давлении около 4 000 атмосфер.

Таким образом, вполне возможно получить пузырек азота, который плотнее воды и будет тонуть, а не плавать. Но я не знаю, верно ли уравнение из статьи, которую я цитировал, при таких давлениях и температурах, и, возможно, азот затвердеет раньше, чем вода (хотя я полагаю, что нет).

Если ваш вопрос возник из-за того, что вы сами наблюдали подобное явление, то то, что вы видели, могло быть антипузырем . Антипузырь — это капля воды, заключенная в тонкую воздушную оболочку, взвешенная в воде. Они довольно нестабильны по своей природе, поэтому их редко наблюдают, если только они не вызваны искусственно.

Антипузырь будет иметь примерно нейтральную плавучесть, будучи почти полностью состоящим из среды, в которой он подвешен, и поэтому не будет ускоряться ни вверх, ни вниз (если его не потревожить). Это означает, что его легко спутать с аномальным газовым пузырем, который «застрял» на месте.

Если вы наполните стеклянную трубку водой, а затем создадите вакуум, в какой-то момент начнут образовываться пузырьки. Увеличьте вакуум, и пузырьки поднимутся. Уменьшите вакуум, и пузырьки исчезнут.

Там происходит то, что вода испаряется, образуя пузырьки. Молекулы воды непрерывно движутся через поверхность пузырька, переходя из пара в жидкость. Процесс сильно зависит от давления. Если больше молекул превращается в пар, чем в жидкость, то пузырьки растут до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Нечто подобное может происходить с растворенным в воде CO2 или растворенным азотом, что объясняет, почему газировка в закрытой бутылке не продолжает пузыриться, и почему дайверам нужно медленно всплывать с большой глубины, чтобы избежать «изгибов»: образование пузырьков азота в их кровь и ткани. Растворимость CO2, азота и других газов сильно зависит от давления.

См., например , эту ссылку .

Приведенные выше ответы не отвечают на первоначальный вопрос, а скорее не задают другой. «Ответ» содовой является примером закрытого контейнера с одинаковым давлением во всех точках и, следовательно, без эффекта плавучести. «Ответ» Марианской впадины снова меняет вопрос, углубляясь в вопрос о том, при каком давлении вы можете заставить газ иметь более высокую плотность, чем вода, но в примере с «ответом» то же самое давление плавучести (давление больше ниже, чем выше на воздушный пузырь, толкающий больше вниз, чем вверх) обсуждаются, как и в любом бассейне загородного клуба, только задействовано более высокое давление.

Вопрос обойден и изменен в приведенных выше «ответах». Итак, если этого не сделать, если действует очень строгий сценарий, вынуждающий ответить на заданный вопрос, а не на другой, то как бы вы ответили?

Scenerio - бассейн глубиной 20 футов, наполненный водой, в который виртуально опущен цилиндр со стенками, а дно цилиндра прилегает к дну бассейна, а стенки цилиндра высотой 10 футов. Внутри цилиндра на полу по всей его окружности находится контейнер с воздухом высотой в один фут, который имеет более низкое давление на квадратный дюйм, чем вода над ним, но на данный момент воздух заключен в ловушку сверху, которую можно быстро соскользнуть. Таким образом, в этой гипотезе нет окружающей воды с более высоким psi ниже или вокруг воздуха, чтобы вызвать эффекты плавучести, направленные вниз, она (вода с более высоким psi) изначально выше, чем воздух с более низким psi.

Я полагаю, что это первоначальный заданный вопрос (поставленный более жестко, чтобы не дать приведенному выше ответу на другой вопрос q) - что, если внезапно верхняя часть воздушного контейнера очень быстро соскользнет через прорезь в стенке цилиндра. Будет ли воздух с более низким psi захвачен водой с более высоким psi над ним?

И ответ.... Нет, воздух не будет захвачен, а поднимется. Но более правильно, на самом деле давление наверху будет очень быстро сжимать нижний воздух, пока воздух не достигнет того же psi, что и вода, и гравитация «заставит» воду просачиваться вниз между молекулами воздуха, и начнется процесс, при котором вода будет вытеснять воздуха и в какой-то момент (очень, очень быстро) будет присутствовать двухфазная смесь, в которой давление воды на отделившиеся (теперь) пузырьки воздуха будет больше на нижние части, чем на верхние, и вступают в действие обычные эффекты плавучести , заставляя воздух подниматься вверх. И валла, с миром все в порядке; и это снова безопасно для демократии.