一滴水从1000米高空落下,真的能砸伤人吗?
一滴水从1000米高空落下,真的能砸伤人吗?
下雨的时候,数不清的雨滴会从2000-5000米的高空落向地面,如果没有避雨和工具,人会被成千上万个雨滴给砸中,但是除了可能会因为失温而感冒外,雨滴对人是没有损伤的,所以,一滴水从1000米的高空掉下来,是砸不死人的。
不过,如果一滴水的速度足够的快或者是水滴足够大,人是能被砸穿或者砸伤的,不然水切割就不会被应用、高空抛物也不会被禁止。那么,为何一滴水从千米的高空降落达不到砸伤或者砸穿人的速度呢?又为什么水滴不能大到可以伤人的地步呢?
从降雨中看水滴的变化过程
上面我们说过,几千米的高空掉落的水滴要想伤人,要么足够大,要么足够快,但事实上,从高空掉落的水滴不可能达到能伤人的大小,因为它们会在空中发生变化,这一点我们从降雨的过程就可以看出来了。
雨是由地面上蒸发的水蒸气逐渐地在高空遇冷凝结成小水滴,小水滴大量聚集后形成了云,当云中的水到达一定的质量后,就会下落最终形成了雨。
在雨刚刚脱离云层时,由于水的聚集作用,所以雨滴是非常大的,但是,在逐渐下降的过程中,大雨滴会受到风力、阻力、浮力等因素的作用以及下落过程中雨滴本身的碰撞作用,而恰恰水的表面张力比较小,这样在外力的“撕扯”下,大雨滴就会被撕裂成无数的小水滴。
根据科学家们的研究发现,降落在地面上的雨滴,极少能够达到5毫米以上的直径,大多数都维持在2-3毫米之间,而5毫米以上的雨滴很少见的原因就是它极不稳定,容易被撕裂成小雨滴。(下图为雨滴谱,也就是降雨中雨滴大小的曲线图)
也就是大多数拍打到我们身上的雨滴其实是很小的,极个别的会出现6毫米直径的,此时我们会感到皮肤略微有些疼痛感,而且通常这种直径的雨滴伴随着大风,所以雨滴拍打我们感觉疼,也有风的“功劳”。
但即使轻微觉得有些“打脸”,也不会伤到我们的皮肤,这一方面是雨滴直径太小的原因,一方面是水是无形的,一旦遇到硬物,它是可以发生形变的,还有一个关键的点-雨滴的速度。
雨滴的速度不足以伤人
我们在地面上将一串钥匙用尽全力摔向一块钢化玻璃,钢化玻璃会安然无恙,但是如果将高度提到到30米丢下钥匙,那么一块8毫米厚的钢化玻璃会瞬间碎裂,这就是高度带来的速度,速度带来的冲击力。
同样的一颗鸡蛋自己拿起来对着额头轻轻一磕,鸡蛋就破了,我们也不会感觉到多疼,但是同样的一颗鸡蛋从10米高的地方落到人头上,就能砸起一个大包,这就是高空抛物的危险性。
按照这个理论,水滴从几千米的高空降落,落地时速度足以将人洞穿了,但为何事实却恰恰相反呢?问题就在水滴下落时速度不会一直增加上。
在雨滴下落时要受到空气浮力、空气阻力以及重力三个力的影响(风从侧面吹其实还有一个非上下的力,我们就不细说了),众所周知,物体在做自由落体时,是有一个速度的增加的,而空气阻力与加速度成正比,也就是速度越快,阻力越大,等到阻力大到与浮力结合能抵消重力时,加速度就会消失,此时的雨滴会到达它的最大速度,然后做匀速运动。
虽然对具体的公式计算猎奇君不擅长,但是科学家们早就利用雨滴的平均直径、密度、空气密度、球形物体的空气阻力系数计算出了数值,大多数的雨滴的最大速度,也就是终端速度为8.9米每秒左右,即便是6毫米直径的雨滴最大速度也不会超过12米每秒。
虽然这个速度乍一看挺快的,但其实由于雨滴太小了,所以如此慢的速度,显然是伤不到我们的,要知道我们捂嘴口鼻打喷嚏时,口水会形成1000-4000个飞沫以49.2米每秒的速度冲向我们的手,我们的手也没有被打穿不是。
总结
一滴水从1000米的高空掉落,我们甚至不会感觉到的,因为即使初始我们放的水滴再大,在下落的过程中它也会被撕裂成平均2-3毫米直径的小水滴,最终以平均不到10米每秒的速度滴落在我们身上,这是无关痛痒的。
不过,这是水,如果是一些较硬的固体,即使很小从高处掉落也能伤人,所以切勿高空抛物。