雨滴为何砸不死人,为什么雨滴落下来不会砸死人
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。
理论上雨滴会砸死人,为什么现实中这样的事情从来没有发生过?
每个人都知道雨滴不能杀人,但很少有人知道为什么雨滴不能杀人,因为理论上雨滴应该杀人。从高空坠落的物体是否会导致人员死亡的一个关键因素-----物体的下落速度。物体下落的原因是重力的作用,重力在自由下落的物体上产生加速度,即重力加速度。在重力加速度的影响下,下落物体会越来越快。而物体的下落速度与物体的下落时间密切相关。
物体下落的起始位置越高,下落到地面的时间越长,在重力加速度的作用下,下落的速度也就越快。
虽然刚开始自由下落物体的速度会随着下落时间的变化而增加,但它不会总是变大,因为自由下落物体不仅受到向下的重力作用,还受到向上的阻力。
那阻力是什么呢?下落物体的空气阻力是一个复杂的问题,但它通常与几个因素有关:空气密度、下落物体的速度和下落物体的相对表面。
你可以看到物体下落的速度越快,空气阻力就越大,所以在开始时重力的增加大于阻力。最后,阻力和重力达到加速度平衡,因此物体的下落速度不会继续增加,这种速度称为“终端速度”。
不同的物体以不同的终点速度下落,一般来说人的最终速度约为100m/s,猫的最终速度约为50m/s,蚂蚁的最终速度约为1.7m/s。因此,猫比人跌倒的可能性小,而蚂蚁从不跌倒。
雨滴下落的最终速度有多高?雨滴的大小不同,因此下落的最终速度也不同。例如对于直径为1mm的雨滴,下落的最终速度约为2m/s,而对于直径为2mm的雨滴,下落的最终速度可达到4m/s。
显然,雨滴越大速度越高,所以理论上雨滴是可以杀人的。那么为什么没有这样的雨滴从天上掉下来呢?我们知道雨的前身实际上是云,云不会从天而降的原因是云中聚集的水滴非常非常小。
它们的直径通常只有10微米左右,因此它们可以在表面灵感和空气中的风的影响下以云的形式漂浮。但是当降雨条件成熟时,雨滴开始在云中碰撞和合并,体积逐渐增大。
如果体积超过100微米,空气无法容纳它们,因此它们开始下降。在秋天,它们将与其他较小的雨滴碰撞,实现融合并继续生长,它们的下落速度也会越来越快。
当这种冲动停止时,似乎有足够大的水滴落下杀死人,但问题是雨滴的增加是有限的,原因是空气的阻力。
当雨滴下落时,由于空气的阻力,雨滴逐渐变形,随着身体尺寸、速度和阻力的增加,雨滴破裂并再次变成几个小雨滴。变成小雨滴后,最终速度突然下降。
这些小雨滴会一起长大,然后再次上升,然后再次破裂。在此循环中最终落到地面的雨滴直径通常不会超过6mm,即使最快速度不会超过10m/S,因此雨滴不会造成人员伤亡。
理论上雨滴可以砸死人,可实际上却砸不死,这是为什么呢?
理论上雨滴可以砸死人,可实际上却砸不死,这是为什么呢?摩擦阻力伴随着速度增加而提升,其参考值为二次方,所以一开始能够觉得雨滴是自由落体运动,可能就是因为摩擦阻力小,基本上忽略不计,但压力提升后速率开始逐渐转变,直至相当于吸引力降低的全过程,反而是慢慢减少,然后由牛顿第二定律获知雨滴做瞬时速度减少慢慢加快运动的,直至匀称,由于水为液态,气体基本上处在圆球或椭圆体。如今有非常大的界面张力。
当落入身上时,接触面积比较多,这类范围大压力不大,杀伤力小,也可以觉得功效时间久,力(动量矩和冲击力)比较小;但是如果是具备同样动量矩或机械能(同样质量与速率)的固态,如雹子,实际效果就不一样了,由于其样子也不会有太大变化,动量矩会到很短时间归零,撞击力会非常大,非常容易打进人,大约这般吧!这时候的雨滴就会成为雹子。不过有些雨滴成了雹子,我还记得那就是后天影片,打象大小可能能把人从果壳里击败,你看看吧,下完那么多次雨,从来没见过谁被小雨滴击败的。
所说降水,便是小雨滴在高高地云彩中凝固,由于作用力超过气旋的容积,而落下。气旋的承载能力并不是很大,因此小雨滴不太可能越来越非常大;即便有些小雨滴会变大一点,也非常容易在下落时散掉。因而,因为摩擦阻力,小雨滴迅速就达到所谓终点站速率--作用力和摩擦阻力中间平衡,再也没有了瞬时速度。
当相对密度和样子不会改变时,作用力与的长度三次方正相关,但摩擦阻力只与的长度二次方正相关--因此大概中说,物件越多,它终点站就越来越快。小雨滴的口径一般不得超过毫米,5厘米的小雨滴重量还不足十分之一克。它们结束速率大约为每秒钟9-13米,约是一辆自行车的最高速度。除此之外,其实只是液态,因此你不可以用这么多的动能做任何事。
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