雨滴从天上掉下来需要多久(雨滴下落砸不死人)

网络上经常提到的一个梗:“某天,我加进了一个博士群,看到一群人在讨论一滴水从高空自由落体能否砸死地上的人,各种阻力、加速度、压强等等一堆物理名词扑面而来,讨论的好不热闹,结果我就因为反问了一句:你们没见过下雨吗?于是我就被踢出群了。”

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当然了,这个笑话千万别当真。但这却让小编想起了一个流传很久的谣言:如果从很高的地方抛下一枚硬币,下坠的硬币将很有可能砸死过往的行人。估计不少读者朋友都听说过这段话,比如小编本人以前上小学时就对这个深信不疑。

很多人之所以相信这句话,并不是因为他们进行了理论计算或者实验验证,而仅仅是从日常生活经验得出的结论(俗称直觉)。

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就像小编本人一样,潜意识里总认为一个坚硬密实的金属块砸到身体肯定会很疼,但柔软的物体则不会,比如雨滴。而现在的情况恰好就是一枚金属制作的硬币从高楼上掉下,速度那么快,要是被砸到了,恐怕会有生命危险。

但事实并非如此,柔软的物体貌似可以充分的缓冲,但前提还得看碰撞过程是怎么样的,比如一个人从几十米高的地方落入水中,虽然水是软的,但如果你不能把握好入水的姿势,比如最后是趴着掉进水中,结局很可能就是小命不保。

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反过来,一个坚实的金属块与你相撞,也不是百分百的会致命或者使你受伤。而结局到底如何,全看中间过程是如何进行的。

先来说雨滴,我们知道雨滴从云层中落下时,除了受到地球引力之外,还会遭遇空气阻力,也就是说自由落体运动是不存在的,因此雨滴下落时的加速度就要小于重力加速度。

那么这个空气阻力又是和什么有关呢?很显然,应该与物体的形状、速度以及空气的性质等相关,下图就是一般常用的阻力公式

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当中涉及到阻力系数、空气密度、物体迎风横截面积,以及物体的速度。其中我们可以看到,空气阻力与物体本身的速度是呈正相关的,也就是说物体速度越大,阻力越大,考虑到重力加速度近乎为一个常量,因此雨滴进行的是一个变加速过程。

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但这并不妨碍我们求出雨滴的最终速度,因为牛顿第一定律告诉我们,合外力为零时,物体将保持静止或匀速直线运动,因此当空气阻力与重力相抵消时,雨滴就有了最终速度,也就是最后落地的速度。(也叫收尾速度

对于小雨滴来说,这个最终速度不过是每秒几米而已,加上本身的质量又很小,因此动能并不高,击打在人体身上,基本没有什么感觉。

那么对于硬币来说,这些物理定律也同样适用,因此当硬币从高处坠落时,也会存在一个最终速度,那么是多少呢?

和雨滴不同的是,硬币在空中的迎风面积是一个变量,容易在空中翻转,因此我们需要找两个极值,一个就是当硬币保持以侧面边缘竖直下落时的速度,另一个就是以正面下落时的速度,一个代表最大收尾速度,一个代表最小收尾速度

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以一枚一元硬币为例,它的质量大约是6克,直径为25毫米,厚度为1.85毫米,那么它的两个最终速度大约为每秒46米和每秒13米,从实际出发,我们就选一个中上的速度每秒36米

这个速度听着是蛮快的,但考虑到硬币的质量,因此它的动能不过3.9焦耳(因此硬币的威力也远远小于橡皮子弹)。

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如果同枪械作比较,考虑到枪口比动能的标准,这枚硬币的数值只有1.5焦耳每平方厘米左右,还达不到1.8焦耳每平方厘米的上限。所以说这样的硬币是无论如何也砸不死人的,顶多受点轻微的皮外伤。

如果说理论计算还不足以使人信服,就看看外国人亲自做的模拟实验吧。

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这是多年前国外的一期科普节目,实验者将硬币以收尾速度发射出去,击打到人的仿真头颅上,硬币直接被弹开了,然后实验者又将自己的手放到下面,结果皮肤完好无损

所以说,即便硬币从很高的地方落到地上,也不会带来诸如击穿身体而毙命的后果,只是被砸的部位会有些疼痛,除非是撞击到一些人体比较脆弱的部位,比如眼睛,才可能会导致受伤去医院。因此,硬币从高空抛下可以砸死人只是谣言而已。

本篇文章的内容到此结束。

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