科普|人为什么不会被高空坠落的雨点砸伤?

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科普|人为什么不会被高空坠落的雨点砸伤?

2024-07-09 12:51| 来源: 网络整理| 查看: 265

以下文章来源于原点阅读 ,作者蒋炜波 俞鹏

原点阅读.

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2020 年 5 月 11 日,深圳一女子抱着 6 个月大的女婴正常行走,突然天上掉下两大瓶洗发水,砸中女婴。紧急送医后,女婴被诊断为双顶骨、枕骨骨折,多处出血。外力的冲击对孩子造成了严重的脑损伤。

对于高空抛物的危害,有实验表明,一枚鸡蛋从 8 楼抛下来就可以让人头皮破裂,从 18 楼扔下来就可以砸破人的头骨,从 25 楼抛下可使人当场死亡。显然,楼层越高,坠落物产生的冲击力也越大。可是你有没有想过这样一个问题,为什么下雨时雨滴从几千米的高空落下,却不会对我们造成伤害呢?

首先,我们要了解坠落物体产生的力量从何而来。在下落的过程中,物体由于受到重力的作用,运动速度会越来越快。我们把物体由于机械运动而具有的能量,叫做动能。这种能量与电能、热能一样,都可以对外界物体做功。当一个运动的物体撞在人身上时,可以认为其撞击前的动能越大,其撞击时的破坏力也就越大。所以对于高空坠物而言,其撞击人体时的破坏力大小由两个因素决定:一个是物体的质量,另一个是物体的速度。物体的质量越大,速度越快,具有的动能就越大,能够产生的破坏力也就越大。

其次,我们要认识到,在物体下落的过程中,除了受到向下的重力,还会受到空气向上的阻力。这就好比我们在逆风奔跑时感受到的阻力。随着下落物体速度的增加,它受到的阻力也会随之增大。对于大质量的物体来说,在刚开始下落的很长一段时间内,其受到的重力远远大于空气阻力,所以下落时会越来越快。但是,对于雨滴这样质量小的物体而言,在下落的过程中,受到的阻力与重力很快就能达到平衡,从而使雨滴开始做匀速运动。这就意味着雨滴的动能在空气中不会增加到太大,因此雨滴落在我们身上时由于撞击所产生的冲击力也是非常有限的。

不仅如此,在下落的过程中,受阻力的影响,雨滴的形状也在一直发生着变化。先是圆圆的球形,然后被逐渐压扁,再破裂为更小的水滴。质量越大的雨滴越容易发生碎裂或变形。而越轻小的物体受到空气阻力的影响就会越大,从而使得其下落时的最终动能越小。回想一下你记忆中的瀑布,是不是在靠近水流下端的地方,可以看到密密麻麻的水汽?它们都是由大水滴逐渐分散而成的。雨滴的直径通常处在 10 毫米以下,这样大小的水滴,在受力平衡时的速度也就是 2~10 米 / 秒,相当于 1~5 级的风速。这点力量对于人类而言,可以说不值一提。

下雨虽然不会对人造成伤害,但是如果我们把足够量的水包裹起来,再用飞机从高空中往下抛,情况就不一样了。此时的“大水滴”不可能像雨水一样分散成小的颗粒,它的质量不仅更大,而且速度也会不断增加。最终当这颗“水弹”到达地面的时候,它所能产生的冲击力可能会超乎你的想象。

大自然虽然不会像我们一样,把水包裹起来,但是它却可以制造冰雹。冰雹在下落过程中遇到的情形其实与“水弹”差不太多,会由于无法达到重力与阻力的平衡,而获得可观的动能。一般来说,“鸡蛋大小的冰雹”从高空落到地面时,产生的力量相当于 3 千克物体从 10 米左右的高度下落,好比从 3 层楼上丢下个带土的小花盆。这样的物体砸向行人或车辆,其破坏力可想而知。

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