理论上雨滴可以砸死人,可实际上却砸不死,为什么?
一滴水从多高的地方落下可以砸死人?你可能会觉得这个问题非常可笑,水怎么可能砸死人呢,是啊,我们每个人都或多或少淋过雨,这些打在我们身上的雨滴都是从数千米的高空落下来的,而我们却安然无恙,这足以证明水滴从多高的地方落下来都不会砸死人。
人人都知道雨滴不会砸死人,但鲜有人知雨滴为什么不会砸死人,因为从理论上来讲,雨滴应该是可以砸死人的。一个从高空坠落的物体,是否能够砸死人,有一个因素是至关重要的,那就是这个物体的下落速度。物体之所以会坠落是因为重力的作用,而重力会对自由下落的物体产生加速度,也就是重力加速度,在重力加速度的作用下,下落物体的速度会越来越快。由此可见,一个物体下落的速度与这个物体下落的时间密切相关。
物体下落的起始位置越高,坠落地面所需的时间就越长,在重力加速度的作用下,速度也就越快。虽然自由下落的物体速度会随着下落时间的延长而增加,但并不会一直增加,因为自由下落的物体除了受到一个向下的重力以外,还受到了一个向上的阻力。
那么这个阻力有多大呢?关于下落物体所受到的空气阻力是一个比较复杂的问题,但大体来说与这样几个因素有关:空气的密度、下落物体的速度以及下落物体的正对面积,由此可知,物体下落的速度越快,所受到的空气阻力也就越大,于是一开始,重力加速度大于阻力,所以下落物体不断加速,随着速度的增加,阻力逐渐增大,最终阻力与重力加速度实现了平衡,于是物体下落的速度便不会再继续增加,而这个速度就被称之为"终端速度",也叫"收尾速度"。
不同物体下落的终端速度是不同的,一般而言,一个人的下落终端速度约为100m/s,而猫下落的终端速度约为50m/s,而蚂蚁只有1.7m/s左右,所以相比人而言,猫更不容易摔伤,而蚂蚁则绝对不会摔伤。
那么雨滴下落的终端速度是多少呢?雨滴的大小各不相同,所以下落的终端速度也不尽相同,比如一个直径为1毫米的雨滴,它下落的终端速度约为2m/s,而一个直径为2毫米的雨滴,下落的终端速度则可以达到4m/s,显然,越大的雨滴,下落的终端速度也就越大,所以从理论上来讲,只要雨滴足够大,就可以把人砸死,那么为什么没有足以把人砸死的雨滴从天上掉下来呢?我们知道雨的前身其实就是云,云就是由诸多非常小的水滴聚合而成的。
云之所以不会从天上掉下来,是因为聚合成云的水滴是非常非常小的,它们的直径往往只有10微米左右,所以在地表的蒸腾作用和风的影响下,它们就能够以云的形态飘浮在空中。
但是,当降雨的条件成熟时,云中的雨滴开始相互碰撞融合,体积逐渐增大,当体积超过100微米时,空气就托不住它们了,于是它们开始下落,在下落的过程中,它们会和其它体积更小的雨滴发生碰撞,并实现融合,继续增大,随着个头的增加,它们下落的速度也会越来越快,如果按照这个势头下去,似乎确实会掉下足以砸死人的大水滴,但问题是雨滴的增大也是有极限的,原因还是空气的阻力作用。雨滴在下落的过程中,会因空气阻力而逐渐变形,随着体型增大、速度增加、阻力增大,雨滴便会发生破裂,重新变为多个小雨滴。
变为小雨滴之后,终端速度会骤然下降,这些小雨滴会重新聚合增大,之后再次破裂,如此循环往复,所以最终坠落地面的雨滴直径通常不会超过6毫米,也就是说它的终端速度不会超过10m/s,所以雨滴自然也就不会砸死人了。
雨滴不会砸死人,这本质上是由雨滴下落的终端速度所决定的,和雨滴的材质没有关系,只要速度够快,即便是一滴水,也可以将人击穿。如果你接触过材料制造业,那么一定听说过一种东西,那就是水刀,所谓水刀就是以水为刀,本名为"高压水射流切割技术",就是依靠高压所产生的速度,用水来切割石材和金属,虽然现在的水刀之中会加入一些石榴砂和金刚砂,来提高切割速度,但即便不加这些东西,单单依靠速度,水一样可以切开坚硬的石材和金属。
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