如果一隻螞蟻從10000米高空掉到地面,它會不會被摔死?

2020-12-10 六分鐘科普君

500多年前牛頓發現了萬有引力定律,萬有引力定律認為,宇宙中一切有質量的物體都存在引力,而且引力的大小與物體的質量成正比,也就是說質量越大的物體引力就越強,根據這個定律,其實人也是有引力的,平時吸附在人身體上的羽毛、樹葉、棉花等就是很好的證明,還有男女之間相互吸引其實也有一部分引力的功勞,儘管這部分引力影響很小很小,但是它是客觀存在的。

牛頓發現了萬有引力定律

由於人類這種物體的質量實在太小,因此存在的引力無法感受到,要想感到到物體的引力,必須只有星球級的物體才可以,比如月球、地球,在這些星球上我們就能夠非常明顯的感受到引力的存在,如何感受這些星球引力的大小呢?就是在這些星球上向上拋一些物體,相同高度落到地面快的星球引力就相對較強,月球由於比地球小很多,因此它的引力只有地球上的六分之一,如果從100米高度拋一個籃球下來,地球落到地面需要的時間為5-6秒,但是在月球上需要30-36秒才可以落到月球表面。

月球和地球都有引力,月球引力是地球引力的六分之一

地球由於存在強大的引力,因此不管向空中拋什麼物體,這些物體最終都會落到地面,同時一些動物從高空掉下來被摔死, 也是因為地球引力在起作用,不過也不是全部動物從高空中掉下來都會摔死,如果是一個人從10000米高空掉下來那必死無疑,但是如果是一隻螞蟻從10000米高空掉下來,它不一定會被摔死,為什麼呢?

螞蟻的體重只有30毫克,是人體體重的200萬分之一

那都是因為地球大氣層在起作用,我們知道地球包裹著一層厚厚的大氣層,這層大氣層包雖然它看不見摸不著,但是它可以對一些物體產生明顯的阻力,大氣層阻力對一些質量比較重的物體做自由落體運動時影響很大,比如人體、鐵球、籃球、石頭等,由於大氣層阻力影響不大,所以這些物體只要大小相差不是很懸殊,幾乎可以從相同高度以自由落體運動同時到達地面,伽利略自由落體實驗(也叫做比薩斜塔實驗)已經證明了這個結論。

人體自由落體運動

不過大氣層阻力對一些質量很輕的物質就起到非常明顯的作用,比如羽毛、蒲公英、樹葉、螞蟻等,把一個鐵球和一根羽毛同時從100米高處自由落體掉下來,最先掉到地面肯定是鐵球,而羽毛很久才落到地面,大家都是做自由落體運動,按理說不受質量和體積影響,為什麼鐵球會先落地呢?就是因為羽毛受到空氣阻力,所以它最終落地速度比鐵球最終落地速度要小很多,但是如果把鐵球和羽毛放在一個真空環境中實驗,由於沒有了空氣阻力,它們的落地時間就相同了。

大氣層具有阻力

同樣的道理,一個人從10000米高空自由落體掉下來肯定被摔死,因為人體的質量很大,一個成年人的平均體重為60千克,而一隻螞蟻體重只有30毫克, 人體的重量是螞蟻重量的200萬倍,因此人體做自由落體運動時受到地球阻力不明顯,但是體重只有30毫克的螞蟻受到大氣阻力的影響就很大,有人計算過,一個人從10000米高空做自由落體運動掉下來,他的最終速度(準備著地的速度)高達171米/秒,這樣的速度不把人摔死都能夠把人摔癱瘓了,而螞蟻呢?螞蟻由於受到空氣阻力非常明顯,因此在計算它的最終速度的時候,需要引入空氣阻力方程(F=(1/2)CρSV)計算它的最終速度,加入空氣阻力方程後,螞蟻最終速度大大降低,竟然只有1.8米/秒,就相當於從一個人的高度摔下來,從這個高度摔下來人都沒事, 更不用說身體更輕的螞蟻,所以一隻從10000米掉下來,理論上不會摔死。

螞蟻從10000米高空掉下來不會摔死,但是可能被冷死

當然理論上螞蟻從10000米高空掉下來不會摔死,但如果需要考慮其他因素,比如缺氧、低溫等因素,螞蟻從10000米高空掉下來也會死掉,為什麼呢?因為10000米高空氧氣非常稀薄,而且溫度很低,螞蟻剛從飛機或者其他運載工作出來就已經被凍死了,所以螞蟻從10000米高空掉下來到底會不會死,需要看情況,如果理想狀態下,排除缺氧凍死這些因素,螞蟻不會死;如果都考慮進去,螞蟻有可能會凍死、窒息死甚至餓死等,最終都逃不過一死的結局,但是不管怎麼死,都不可能是被摔死的。

雨滴掉下來動能很小,不會砸傷人

如果理解了螞蟻從10000米高空掉下來不會摔死,也可以很好理解一滴雨水從10000米高空掉下來為什麼不會砸死人了,因為有空氣阻力的存在,雨滴和其他質量比較重的物體做的不是純粹的自由落體運動,而是「摻假」了的自由落體運動,而空氣阻力就是「摻假」原料,有了空氣阻力,雨滴到達地面或者人身上的最終速度不大,因此不可能砸傷人更不會砸死人,除了這個原因,還有一個重要原因就是雨滴不是堅硬的物體,它砸到人的時候雨滴會變形,這個時候由於雨滴在人體的作用力變長而力量被削弱了,所以下雨對人體不會有任何傷害,當然如果下的是冰雹,人肯定會被砸傷甚至有生命危險。

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