一滴水從高處自由落體下來究竟能不能砸死人,答案是足夠高的高度可以砸死人,
自由落體的力量
最早,古希臘科學家亞里士多德提出,物體在相同高度下墜落時,墜落的速度是由物體本身的重量決定的,物體的重量越快,下落的速度也越快,比如:一塊鐵和一塊棉花,應該是重量較重的鐵墜落速度快,
這種結論很符合人們的日常觀察,所以人們一直接受這個觀點,直到伽利略提出了不同的看法,
在1636年,伽利略在《兩種新科學對話》中提到,如果按照亞里士多德的理論,那么假設有兩塊石頭,一塊石頭的重量為8千克,而另一塊石頭的重量是4千克,那么大石頭的墜落速度比小石頭的墜落速度快,
但當兩塊石頭綁在一起的時候,下落較快的石頭會被下落較慢的石頭拖慢速度,因此這塊石頭的墜落速度應該慢于下落較快的石頭,
然而這兩塊石頭的重量達到了12千克,理論上速度又應該快于下落速度較快的石頭,這就陷入了矛盾之中,
為了解決這個矛盾,伽利略提出,物體下落的速度并不是重量決定的,而是與時間成正比,所耗費的時間越長,墜落速度越快,
據說,伽利略為了驗證自己的理論,在比薩斜塔上進行了一大一小鐵球實驗,最終證明這兩個鐵球同時到達地面,也就是說,無論是鐵球還是棉花,到達地面的時間應該相同,
后人總結了自由落體運動的三個特點,分別為:
- 初始速度為0,如果一個物體的具有初速度,那么即便滿足其他的條件,也不是自由落體運動,
- 物體在下落的過程中,只受重力作用,我們知道,力除了有大小,還有方向,而物體在下落的過程中,一般會受到重力,空氣阻力等因素阻擾,而自由落體運動,物體除了重力作用下,不再受其他力的印象,比如空氣阻力,
- 任何物體在同等高度做自由落體速度時,下落的時間相同,也就是說,不管一個物體的質量、體積、與空氣的接觸面積有多大,到達地面的時間都相同,比如:一塊鐵和一塊棉花在做自由落體時,速度相同,
也就是說,一滴水只要達到足夠的高度,那么當它以自由落體墜落到地面時,速度就可以非常快,快到足以砸傷地面生物,甚至會砸死,
為什么雨水沒有砸死人?
雖然理論上講,雨滴只要達到足夠的高度就可以砸傷人,但實際上,雨滴從未砸死過任何人,甚至連砸傷都未曾有過,那為什么會這樣呢?這是因為我們忽視了空氣阻力的作用,
我們知道,物體從高處墜落時,不僅會受到重力因素影響,還會受到空氣阻力的作用,而空氣阻力的大小和物體的速度、與空氣的接觸面積、大氣密度有關,
物體的運動速度越快,空氣阻力越大,也就是說雨滴在墜落的過程中,空氣阻力會起到減速作用,大大減緩了雨滴的墜落速度,
也有科學家把雨滴這樣小質量的物體的墜落速度,用終端速度來描述,從下圖中可以看出,時間越長,物體的墜落速度越慢,直到達到一定的速度,也就是說,無論雨滴從萬米高空墜落,還是從百米空中墜落,速度差距并不大,
再加上,雨滴在墜落的過程中,空氣流動會帶動雨滴的蒸發,導致雨滴內的水分子因蒸發重新進入到空氣中,然后再凝聚在其他雨滴周圍,也就是說,下落到地面的雨滴和最開始形成的雨滴,里面的水分子構成不一樣,整個過程處于動態平衡,
所以,雨滴在落到地面時,速度會非常慢,大約只有1.8米/秒,再加上雨滴的質量非常小,所以這個速度不會砸傷地面生物,
而如果只有一滴水從高空中墜落,由于周圍水分子較少,可能還沒等它落到地面,該水滴的水就會因蒸發而不會落到地面上,因此不會砸傷人,更不會砸死人,
總結
自由落體和物體的質量沒有關系,和物體墜落時的高度有關系,高度越高,物體到達地面時的時間就越久,末端速度就越快,關于這一點,伽利略曾經做過比薩斜塔進行了驗證,
也就是說,按照自由落體運動的規律,一滴水只要從一定高度的高空墜落下來,就一定會砸死人,甚至會砸傷人,
之所以雨水落下沒有砸傷人,是因為空氣阻力的作用,空氣阻力使得雨滴無論從萬米高空還是百米高空落下,墜落速度都一樣,所以不會砸傷人,
一定會砸死人,甚至會砸傷人?
那你淋過雨沒有啊
???你見到過雨砸死人???水下落時阻力很大就抵消了大部分加速度甚至全部抵消啊
雨滴在下落過程中是先加速,再破碎(減速)再聚合再加速(再破碎減速)一直循環,直到落地。所以砸不死人。基本原理是這樣的。
最重要的一點沒說:下落的雨滴根本不是物理上的“自由落體”!\n物理上講的“自由落體”,指的是只受重力作用,沒有(或者忽略)任何其它力的作用的落體!\n生活中的雨滴的下落,其空氣阻力不可忽略(否則就不會是你所見到的那種運動狀態),所以不能稱為“自由落體”。它只能算是“落體”,而不能在前面冠之以“自由”二字。\n既然這里討論的是“自由落體”,當然不能以并非“自由落體”的雨滴來進行反駁——只要搞懂了基本概念的人,就絕不會犯這種錯誤!\n所以,評論區里用雨滴來懟答主的人,全都是沒有學過(或者沒有學好)高中物理的人,[捂臉][捂臉][捂臉]