自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

假如一只蚂蚁不小心跟随飞机飞到了万米的高空之上,又不小心从万米高空中以自由落体的速度落下,那么它会被摔死吗?

自由落体

提到蚂蚁从万米高空中落下,我们总会想到一个段子:一群博士生在群里讨论一滴雨滴从万米高空中,以自由落体速度落下,那么这滴雨滴能不能砸伤人,结果有人多嘴说了一句:你们没有淋过雨吗?然后就被移出群聊。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

最开始这个段子讽刺的是博士们不懂生活常识,但后来才明白雨滴从万米高空中落下能否砸到人的一个重要条件:自由落体。

根据百科的解释,自由落体运动的含义是:物体开始下落时的速度,也就是初速度是0;物体下落过程中,除了受重力作用之外,不再受其他人额外外界的作用力;真空状态下,任何物体在相同高度做自由落体运动时,下落的时间都相同。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

以蚂蚁为例,蚂蚁从万米高空坠落的自由落体速度公式为:

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

,其中g=9.8m/s^2,为了计算方便,这里写成:10m/s^2,通过计算得出蚂蚁同万米高空中坠落的速度约等于447m/s,比高铁的速度还要更快。较快的速度使得它们获得了势能,如果砸到了人,或许真的有可能砸伤对方。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

既然蚂蚁以自由落体的速度落下会砸伤人,然而在现实中我们并没有见到这样的事情,这究竟是为什么呢?

这其实是因为蚂蚁在从万米高空落下时,还会受到空气阻力的干扰。在流体动力学中,有一个公式可以用来计算质量比较小的物体落下时的速度,这就是终端速度

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

该公式为

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

,其中m代表着质量,g代表着重力加速度,也就是10m/s^2,Cd为阻力系数,P为物体落下时的空气密度,A为物体的投影面积。Vt代表着终端速度,也就是蚂蚁从万米高空中落下时的速度。

最终得到的结果是,蚂蚁落下来的速度非常低,和一二级别的风差不多,根本不会伤到人。

其实雨水和蚂蚁一样,它们的质量也非常小,在受到空气阻力时,它们还会因为和空气发生摩擦,以至于部分水分又重新被汽化,升入到天空中。并在天空上方重新凝结成小水珠,组成云朵,这也是为什么云朵中含有这么多的水,但却没有砸下来的原因。

能够形成降雨的云,大多是云层之中的雨滴直径足够大,能够在被完全汽化之前落到地球表面,形成降雨。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

蚂蚁落下后,生还希望有多大?

尽管蚂蚁从万米高空中坠落到地表上时的速度不快,但蚂蚁生还的希望并不大。

首先是时间问题,由于蚂蚁重量轻,再加上地球的风力作用,会使得蚂蚁难以落到地面就又会被吹高或者吹跑。以至于长时间无法落到地球表面,从而导致死亡。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

除此之外,地球上有四大洋,并且海洋面积辽阔,占据了地球总面积的70%左右,如果蚂蚁坠落到海洋之中,那么蚂蚁生还的希望将会更小。

除此之外,蚂蚁无法适应地球上任何气候,如果坠落到了它们的天敌聚集处,或者是沙漠、极地地区等,它们的生还的概率也非常小。

自由落体的速度(自由落体的速度计算公式)

只有比较幸运地落在和自己原产地差不多的地方,蚂蚁才有可能在当地继续生存下去。

总结

大气之中有许多质量并不怎么大的微小物体,比如:粉尘,火山灰等,它们之所以没有坠落到地球表面,是因为它们在坠落时会受到空气摩擦力的影响,空气摩擦力能够起到减速的作用,从而使它们到达地球表面的速度不至于过快。

这也避免了地球上的生物经常被微小物体砸得头破血流,毕竟大气层中存在着很多微小的粉尘颗粒。

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