如果沒有空氣阻力,自由落體的雨滴,能夠砸傷人嗎

2020-12-09 猩猩科學頻道

相信大家都有淋雨的經歷,特別是在炎熱的夏天,任憑雨滴灑落在我們身上,這種感覺特別爽。雨滴從高高的雲端滴落下來,可以算得上高空墜物,為什麼我們沒有被雨滴砸傷呢?這是因為雨滴在降落的過程中,空氣阻力讓它降落速度比較小,再加上雨滴質量比較小,所以它們砸在我們身上就沒什麼感覺,本別說砸傷人了。

本文在此設定一個特定情境,即如果沒有空氣阻力,雨滴自由落體降落速度會很快,高速滴落的雨水能夠砸傷我們嗎?對於這種理想狀態下的問題,我們可以通過計算雨滴砸到我們的時候,雨滴所具備的能量是否足以對我們造成傷害。

雨水衝擊地面

筆者覺得,想要人為制定這樣一個真實的情境進行試驗,這是不現實的。但是可以通過重力勢能的計算公式來驗證,因為忽略了空氣阻力,雨滴在降落過程中,砸到我們時雨滴所具備的能量就是它在雲端時的重力勢能。根據Ep=mgh(其中Ep為重力勢能;m為雨滴質量,g為地球表面重力加速度,本文取值為10;h為雲層的高度),我們只需要知道雲層的高度、雨滴的質量,就能得到答案。

看起來雨滴並不是很大

降雨是一種常見的自然現象,指的是烏雲中的水珠達到一定條件以後下落至地表的過程。因此如果要計算雨滴到達地面時的能量,就要確定雨滴初始高度,即雲層的高度。我們日常見到的雲彩有很多種,有的雲彩高達上萬米,而有的雲彩高度卻相當低,有時候爬山爬到半山腰時就已經感覺已經爬上了雲端。一般的烏雲高度在2500米左右,在此就假設某次降雨時,烏雲高度為2500米。

降雨

由於雨滴的大小一般都不同,有細小的毛毛雨,也有質量相對較大的暴雨,為方便計算,因此本文就以一滴水的質量來探討這個問題,一滴水的質量約為0.05克,即0.00005kg,以此為標準。

將雲層高度2500米、水滴質量0.00005kg代入公式Ep=mgh,可得雲層雨滴的重力勢能Ep=0.00005*10*2500=1.25焦耳。可能大家對1.25焦耳沒什麼概念,而我們每日攝入的熱量為 5000千焦耳-7500千焦耳 ,將兩者對比一下,就知道1.25焦耳的能量有點微不足道了。筆者覺得一滴雨水從雲端滴落砸到我們時僅僅具備1.25焦耳的能量,再加上雨水本身是柔性的,殺傷力相當有限。就算沒有空氣阻力,雨滴完全自由落體降落,也不至於砸傷人,只是被砸的感覺更加劇烈而已。冰雹倒是可能砸傷人,因為冰雹一般都是一塊冰狀固體物質,它所具備的能量遠遠大於雨滴。大家覺得呢?

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