力學角度分析:螞蟻從飛機上掉下來會摔死嗎?

大家好，我是機械設計聯盟~

除了起飛和降落，現在的民用航空飛機一般都在平流層底部飛行，飛行高度大約在8000~12000米之間。在平流層飛行，飛機飛得比較穩、省油，安全性也比較高。

按照常識來說，人如果從萬米高空掉下去，沒有減速裝置，肯定得摔成渣了。即使是從10米高的地方掉下去，對於人來說也是非死即殘。如果從正在平流層巡航的飛機上掉下去一隻螞蟻，那麼螞蟻會摔死嗎？

這是一個很有趣的問題，為了解決這個問題，我們從科學的角度分析一下。其實，這主要是一個物理學中的力學問題，讓我們討論一下螞蟻的受力情況。

首先，螞蟻會受重力影響，做自由落體運動

螞蟻從萬米高空掉下，是受重力的影響，那麼它的初速度就看作0，而螞蟻從掉落那一刻起每秒鐘的加速度按9.8米每秒算。

天體表面的重力加速度是根據牛頓第二定律和萬有引力定律推導出來的。

地球表面的重力加速度平均為9.8米每秒，重力加速度隨著海拔的升高逐漸變小。根據公式計算可知，在1萬米的高空，螞蟻所受到的重力加速度大約為9.78米每秒，跟地表相差無幾，那麼我們按照9.8米每秒來處理即可。

在理想情況下，螞蟻下落時的速度隨著時間的增長不斷提高，它們之間成正比關係，螞蟻在到達地表時速度將達到最大值。通過計算得知，只有重力作用下，螞蟻從1萬米的高空掉落到海平面位置大約需要45秒，最終的速度為441米每秒。如果螞蟻真的以這麼快的速度撞向地面，絕對死翹翹。

其次，螞蟻還會受到空氣阻力及浮力影響

上面只考慮了重力的影響，其實螞蟻還會受到空氣阻力及浮力的影響。

地球表面被大氣層罩著，大氣密度及溫度隨著海拔的升高不斷降低。地球海平面附近15攝氏度時的空氣密度大約為1.2千克每立方米。而在1萬米的高空，大氣溫度降至零下50攝氏度，空氣的密度僅為0.4千克每立方米，僅為海平面附近空氣密度的1/3。

科學研究表明，物體的下落速度越快，它所受到的空氣阻力也就越大。此外，物體所受到的空氣阻力還與它的迎風面的大小有關。具體公式如下：

總結起來就是 ，空氣阻力的大小與物體迎風面積成正比，與物體的速度平方成正比。可以看出，當物體的下落速度越快時，物體所受到的阻力也就越來越大。當物體所受到的重力和它所它受到的阻力保持平衡時，那麼物體就將保持勻速下降。

螞蟻的迎風面估計在20平方毫米左右，且身體不是流線型，下落時受到的阻力估計比雨滴所受到的阻力還要大一點。降落傘就是用的這個原理，通過增大迎風面，增加空氣阻力，來減速。螞蟻身體的平均密度也比較低，比水高一點，還會受到一定浮力影響，不過比較小。

雲是由數不清楚的小水珠構成的，天上隨便一片雲就有幾十上百噸，之所以不會掉下來，就是受到浮力及空氣阻力等其它因素影響。

為什麼螞蟻不會被摔死？

綜上所述，當螞蟻達到一定速度時，它所受到的阻力就會與重力保持平衡，那麼螞蟻的速度就不會再繼續增加了。不管是1萬米還是1千米，螞蟻最終落到地面時的速度都是一樣的。

據估計，螞蟻掉落時的平衡速度大約為10米每秒，也就是說螞蟻從1萬米的高空落到地面大約需要15分鐘左右。由於螞蟻的質量小，螞蟻撞擊地面時的動能僅為0.003焦耳左右，這麼小的撞擊能量對螞蟻產生不了任何危害。

一隻螞蟻的平均體重通常不足0.05克，那麼它所受到的重力影響也就很小。一隻螞蟻的質量按0.05克算，根據G=mg計算可知，一隻螞蟻大約受到0.00049牛的重力作用。

螞蟻由於非常輕，在下落的時很快就能達到平衡點，速度也不會很快。據我估算，在1萬米的高空，螞蟻下落不到10米就能達到平衡。

螞蟻的身體結構比較特殊，螞蟻具有外骨骼和強韌的肌肉，可以搬起百倍於自重的物體，可以承受很大的衝擊力，也就是說螞蟻比人類更耐摔。

由此可見，最終螞蟻到達地面時並不會被摔死。

螞蟻雖然不會被摔死，但是大概率會死於其它原因

前面已經提到過，在1萬米的高空，溫度低至零下50攝氏度，螞蟻將會被凍死；三分陸地七分海，平流層的風也比較大，螞蟻很有可能會被風吹入海中淹死；受傷上升氣流的影響，螞蟻還有可能長時間在空中飄浮，最終餓死。

這隻螞蟻是不幸的，雖然摔不死，但最終還是會死。

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