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  • 1 # 使用者1430807591406

    雨點下落的秘密

    陰雲密佈,電閃雷鳴。下雨了,有時是毛毛細雨,有時是傾盆大雨。那麼有一個問題:各種雨點落地的時候,它們的速度一樣嗎?大雨點快還是小雨點快呢?這個看起來很簡單的問題,卻有幾種不同的答案。

    第一位說:“肯定大雨點落得快,雨點個大重量大,受到的重力就大,速度就快唄!”

    第二位不同意:“大小雨點速度應該一樣快。

    物體自由下落的速度和它本身的重量沒有關係呀,伽利略早就用實驗證明這一點了。”

    第三位卻說:“自由落體的速度是和時間成正比的,從雲層高處落下的雨點比從低處落下的要快。”

    第四位說:“還必須考慮空氣阻力的影響,輕的東西受到的阻力小,好像應該是小雨點落得快。

    你看,竟然有四種答案!彷彿都有些道理,可是一個問題,不可能有互相矛盾的四個答案呀。那麼,你認為誰的回答是正確的呢?

    要弄清這個問題,我們還必須從最簡單的物體下落速度說起。16世紀以前,一般學者都認為:輕重不同的兩個物體,從同一個高度下落,一定是重的物體先落地,而輕的物體後落地。

    當時有名的學者亞里士多德就是這樣主張的。年青的伽利略卻不輕信,向權威提出了挑戰,在他26歲那一年,他登上了義大利的比薩斜塔,從50多米高處讓同樣大小的鉛球和木球同時下落,鉛球要比木球重20倍,按照當時說法,鉛球下落的速度要比木球快20倍,可是實際上,兩個球差不多同時落地。

    從此,伽利略利用實驗推翻了原來錯誤學說,提出了新的學說:“不同物體從同一高度自由下落,運動情況與它們的重量沒有關係,都是勻加速運動。這就是第二位說到的伽利略著名的“自由落體實驗”,比薩斜塔從此成為著名的旅遊勝地。但是“自由落體運動”是有條件的,就是不考慮空氣阻力!然而,自然條件下還是存在著空氣阻力的,所以第四位提出必須考慮空氣阻力,也有一定的道理。

    那麼,什麼條件不可以忽略空氣阻力呢?第一是落體的高度不太高;第二是物體的重量比較重。前面講到的伽利略比薩斜塔實驗,高度不太高,只有50多米;用的兩個球(鉛球和木球)都比較重,空氣阻力的影響不夠明顯,因此兩個球幾乎同時落地。可是如果仔細辨別,兩個球落地的時間還是有一點差別,鉛球比木球要早一些,因為空氣阻力對比較輕的木球影響大一些。

    如果物體是從幾百米上千米的高度落下來,空氣阻力就必須考慮了。這時物體的運動情況比較複雜,在物體開始下落的一段時間內,速度越來越快,空氣阻力也隨著速度的加快而急劇增大;當速度大到一定程度時,空氣阻力可以大到和物體的重力平衡(重力是一個固定數值,就是物體本身的重量),使落體速度不再增加,物體就以這個時候的速度勻速下落,而不是加速下落了。

    這個時候的速度就叫做“終極速度”。多麼“奇怪”的結論啊,從天而落的物體,這時居然是“勻速”運動!

    不同物體的“終極速度”並不相同,比較輕的物體,受到空氣阻力的影響大一些,它會早一些達到終極速度;比較重的物體,受到空氣阻力的影響小一些,它會晚一些達到終極速度。

    我們知道,自由落體的速度是和時間成正比的,晚一點達到終極速度的物體,它的終極速度比早達到的要大,換句話說,就是重量越大的物體,終極速度越大。

    雨點都是從幾百米甚至幾千米高空落下來的,空氣阻力對它們的影響是十分明顯的。不論是大雨點還是小雨點,也不管是從多高的烏雲上落下來的,在降到地面以前,都早已經達到自己的終極速度了。所以雨點下落的“高度”對它們落地速度沒有影響。而終極速度只和重量有關,大雨點重量大,它的終極速度就大些。

    最後得出的結論是:第一,雨點落地的時候都是勻速運動;第二,大雨點的速度比小雨點的速度快!文章開頭第一位的答案是正確的。

    氣象學家經過細緻的測量,獲得一組雨點落地時速度的數值如下:雨點直徑為0。15毫米的毛毛雨,落地速度是0。

    5米/秒;雨點直徑為1毫米的小雨,落地速度是4米/秒;雨點直徑為2毫米的大雨,落地速度是6米/秒;雨點直徑為3毫米的暴雨,落地速度為8米/秒。看來,雨點落地的速度大體上是與直徑成比例的,毛毛雨的速度只有普通雨的1/10,一般小雨的落地速度僅是暴雨的一半。

    當空中水滴的直徑小到幾微米時,落地速度極小,數值幾乎等於零,那就不是雨而成了霧。

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