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  • 1 # 螞蟻科學

    這個問題的關鍵有兩個:

    改變物體運動狀態的因素,是力的作用。

    多大的力能傷害到一個人。

    那我們現在開始解答這個問題:

    首先,常識科普:當物體持續受到一個方向上的力時,物體會做加速運動,具體運動規律滿足F=ma,其中F是力的大小,m是質量,a是加速度。反過來,當物體不受力時,加速度為0了,自然也就不加速,因此物體做勻速運動。

    現在假設一滴水在高空,從0開始向下落,一般來說它會受到兩個力——重力、空氣阻力,現在我們來簡單解析一下這兩個力。

    重力:F=mg,g是重力加速度,約等於10/ms²,方向向下;空氣阻力:F=Kv²,方向逆著運動方向,這裡是向上,K是常數,與空氣密度、溼度、物體迎風面積有關,這裡我們討論的是同一滴水從開始下落到砸到人的整個過程,可以認為空氣密度、溼度、迎風面積基本不變,因此K不變,所有的關鍵在於雨滴的速度v。

    可以看到重力和阻力是兩個方向相反的力,在雨滴下落的整個過程中,一開始雨滴受到的重力作用大於阻力,因此雨滴向下落,隨著速度越來越快,阻力也越來越大,當速度加速到一個特殊值時,阻力的大小就等於重力的大小了,這時物體受到兩個相反方向的、大小相同得力,因此在一個直線上它受到的合力為0,也就是不受力,因此此時加速度也為0,所以接下來雨滴會一直保持這個速度勻速下落直到砸到人的頭上,這個速度被稱為雨滴的收尾速度,它的計算方法很簡單,帶入我給的這兩個公式就行。

    前面說到,雨滴此時受到的重力和阻力相同,且方向相反,因此Kv²=mg,所以v²=mg/K,帶入天氣的資料和雨滴的質量我們可以大致得到,最終的速度v大約在2m/s—9m/s之間。

    要說質量達到幾十斤以上的物體以這個速度撞人倒可以把人給撞傷或者撞死,但雨滴的質量只有0.02g,實在是太小,因此下雨不會砸死人。

    可能有很多人看到如此長篇的文字解釋就懶得看了,我在最後簡單梳理一下:

    如果雨滴只受到重力的作用從高空下落,則最終的速度可達上百米每秒,這個速度可以砸死大部分生物,但是由於空氣阻力的作用使雨滴不會加速到如此高的速度,最終雨滴的速度只有10m/s不到而已,且由於雨滴自身質量太小,因此不會砸死人。

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