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自由落體的速度計(jì)算公式 自由落體的速度

假如一只螞蟻不小心跟隨飛機(jī)飛到了萬米的高空之上,又不小心從萬米高空中以自由落體的速度落下,那么它會(huì)被摔死嗎?
自由落體提到螞蟻從萬米高空中落下,我們總會(huì)想到一個(gè)段子:一群博士生在群里討論一滴雨滴從萬米高空中,以自由落體速度落下,那么這滴雨滴能不能砸傷人,結(jié)果有人多嘴說了一句:你們沒有淋過雨嗎?然后就被移出群聊 。

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最開始這個(gè)段子諷刺的是博士們不懂生活常識,但后來才明白雨滴從萬米高空中落下能否砸到人的一個(gè)重要條件:自由落體 。
根據(jù)百科的解釋 , 自由落體運(yùn)動(dòng)的含義是:物體開始下落時(shí)的速度 , 也就是初速度是0;物體下落過程中,除了受重力作用之外 , 不再受其他人額外外界的作用力;真空狀態(tài)下,任何物體在相同高度做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),下落的時(shí)間都相同 。
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以螞蟻為例 , 螞蟻從萬米高空墜落的自由落體速度公式為:
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,其中g(shù)=9.8m/s^2,為了計(jì)算方便,這里寫成:10m/s^2,通過計(jì)算得出螞蟻同萬米高空中墜落的速度約等于447m/s , 比高鐵的速度還要更快 。較快的速度使得它們獲得了勢能,如果砸到了人 , 或許真的有可能砸傷對方 。
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既然螞蟻以自由落體的速度落下會(huì)砸傷人,然而在現(xiàn)實(shí)中我們并沒有見到這樣的事情,這究竟是為什么呢?
這其實(shí)是因?yàn)槲浵佋趶娜f米高空落下時(shí) , 還會(huì)受到空氣阻力的干擾 。在流體動(dòng)力學(xué)中,有一個(gè)公式可以用來計(jì)算質(zhì)量比較小的物體落下時(shí)的速度,這就是終端速度 。
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該公式為
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,其中m代表著質(zhì)量,g代表著重力加速度,也就是10m/s^2 , Cd為阻力系數(shù),P為物體落下時(shí)的空氣密度,A為物體的投影面積 。Vt代表著終端速度,也就是螞蟻從萬米高空中落下時(shí)的速度 。
最終得到的結(jié)果是,螞蟻落下來的速度非常低,和一二級別的風(fēng)差不多,根本不會(huì)傷到人 。
其實(shí)雨水和螞蟻一樣,它們的質(zhì)量也非常小 , 在受到空氣阻力時(shí),它們還會(huì)因?yàn)楹涂諝獍l(fā)生摩擦,以至于部分水分又重新被汽化,升入到天空中 。并在天空上方重新凝結(jié)成小水珠,組成云朵 , 這也是為什么云朵中含有這么多的水,但卻沒有砸下來的原因 。
能夠形成降雨的云,大多是云層之中的雨滴直徑足夠大,能夠在被完全汽化之前落到地球表面,形成降雨 。
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螞蟻落下后,生還希望有多大?盡管螞蟻從萬米高空中墜落到地表上時(shí)的速度不快 , 但螞蟻生還的希望并不大 。
首先是時(shí)間問題,由于螞蟻重量輕,再加上地球的風(fēng)力作用,會(huì)使得螞蟻難以落到地面就又會(huì)被吹高或者吹跑 。以至于長時(shí)間無法落到地球表面,從而導(dǎo)致死亡 。
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除此之外,地球上有四大洋,并且海洋面積遼闊,占據(jù)了地球總面積的70%左右,如果螞蟻墜落到海洋之中,那么螞蟻生還的希望將會(huì)更小 。
除此之外,螞蟻無法適應(yīng)地球上任何氣候,如果墜落到了它們的天敵聚集處 , 或者是沙漠、極地地區(qū)等,它們的生還的概率也非常小 。

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