假如一隻螞蟻不小心跟隨飛機飛到了萬米的高空之上,又不小心從萬米高空中以自由落體的速度落下,那麼它會被摔死嗎?
自由落體
提到螞蟻從萬米高空中落下,我們總會想到一個段子:一群博士生在群裡討論一滴雨滴從萬米高空中,以自由落體速度落下,那麼這滴雨滴能不能砸傷人,結果有人多嘴說了一句:你們沒有淋過雨嗎?然後就被移出群聊。
最開始這個段子諷刺的是博士們不懂生活常識,但後來才明白雨滴從萬米高空中落下能否砸到人的一個重要條件:自由落體。
根據百科的解釋,自由落體運動的含義是:物體開始下落時的速度,也就是初速度是0;物體下落過程中,除了受重力作用之外,不再受其他人額外外界的作用力;真空狀態下,任何物體在相同高度做自由落體運動時,下落的時間都相同。
以螞蟻為例,螞蟻從萬米高空墜落的自由落體速度公式為:
,其中g=9.8m/s^2,為了計算方便,這裡寫成:10m/s^2,通過計算得出螞蟻同萬米高空中墜落的速度約等於447m/s,比高鐵的速度還要更快。較快的速度使得它們獲得了勢能,如果砸到了人,或許真的有可能砸傷對方。
既然螞蟻以自由落體的速度落下會砸傷人,然而在現實中我們並沒有見到這樣的事情,這究竟是為什麼呢?
這其實是因為螞蟻在從萬米高空落下時,還會受到空氣阻力的幹擾。在流體動力學中,有一個公式可以用來計算質量比較小的物體落下時的速度,這就是終端速度。
該公式為
,其中m代表著質量,g代表著重力加速度,也就是10m/s^2,Cd為阻力系數,P為物體落下時的空氣密度,A為物體的投影面積。Vt代表著終端速度,也就是螞蟻從萬米高空中落下時的速度。
最終得到的結果是,螞蟻落下來的速度非常低,和一二級別的風差不多,根本不會傷到人。
其實雨水和螞蟻一樣,它們的質量也非常小,在受到空氣阻力時,它們還會因為和空氣發生摩擦,以至於部分水分又重新被汽化,升入到天空中。並在天空上方重新凝結成小水珠,組成雲朵,這也是為什麼雲朵中含有這麼多的水,但卻沒有砸下來的原因。
能夠形成降雨的雲,大多是雲層之中的雨滴直徑足夠大,能夠在被完全汽化之前落到地球表面,形成降雨。
螞蟻落下後,生還希望有多大?
儘管螞蟻從萬米高空中墜落到地表上時的速度不快,但螞蟻生還的希望並不大。
首先是時間問題,由於螞蟻重量輕,再加上地球的風力作用,會使得螞蟻難以落到地面就又會被吹高或者吹跑。以至於長時間無法落到地球表面,從而導致死亡。
除此之外,地球上有四大洋,並且海洋麵積遼闊,佔據了地球總面積的70%左右,如果螞蟻墜落到海洋之中,那麼螞蟻生還的希望將會更小。
除此之外,螞蟻無法適應地球上任何氣候,如果墜落到了它們的天敵聚集處,或者是沙漠、極地地區等,它們的生還的概率也非常小。
只有比較幸運地落在和自己原產地差不多的地方,螞蟻才有可能在當地繼續生存下去。
總結
大氣之中有許多質量並不怎麼大的微小物體,比如:粉塵,火山灰等,它們之所以沒有墜落到地球表面,是因為它們在墜落時會受到空氣摩擦力的影響,空氣摩擦力能夠起到減速的作用,從而使它們到達地球表面的速度不至於過快。
這也避免了地球上的生物經常被微小物體砸得頭破血流,畢竟大氣層中存在著很多微小的粉塵顆粒。
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