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科普 / 蚂蚁从一万米高空掉下来,会摔死么?

本文来源:冷知识科普

物质从高空往下跳落,是重力势能转化为动能的一个过程,动能的增加必然是物质速度的增加,当瞬间落地时速度衰减瞬间到达0,必然导致物质结

物质从高空往下跳落,是重力势能转化为动能的一个过程,动能的增加必然是物质速度的增加,当瞬间落地时速度衰减瞬间到达0,必然导致物质结构受到损伤(排除结构原因可使速度转化方向)。

重力势能无时无刻不在做功

蚂蚁从万米高空下落,如果不考虑空气阻力与风力的影响,也就是做自由落地运动,可以计算出蚂蚁到达地面的速度是多少,落地时间是多少。

d=gt^2/2

将下落高度d=10000m,重力加速度g=9.807m/s^2代入公式得出t=46s;

那么v=gt=46×9.807=451m/S,可以看出时速超过了100km/h.

可以想象,如果此时不是一个蚂蚁,而是一个尖锐的东西,451m/S的速度可以击穿我们的身体。对于蚂蚁来说,以这个速度下落蚂蚁撞击在地面上必死无疑。

但是蚂蚁的形状比较特别,且质量较小,自然受到空气阻力及其他的力(四周风力)的作用比较大。

首先,我们要看1万米高的空间自上往下的空气分布。万米高空正好完全处在地球大气层的平流层,这一距离的大气层空气对流相对稳定,但是也会受到四周风力的影响。

地球大气结构

大气层自上而下的空气密度在在逐步变大,也就是说受到的空气阻力越来越大,如果不考虑侧向风力的影响,只考虑空气阻力和重力的影响的话。那么通过简单的空气阻力方程可知,F=ρv^2CA/2

其中,F表示向上的空气阻力,v表示物体的及时速度,A表示在运动方向上的投影面积,C是阻力系数,这是一个无量纲数,通俗的说就是需要特事特办,根据下落物体具体的形状,光滑度,姿势等等。

在这种情况下,蚂蚁摔死的可能性也会变得大大缩小,但是也无法判断掌握蚂蚁会不会被摔死。

下面是情况更为复杂的,不仅仅蚂蚁收到重力及空气阻力,还有侧向不定向的风力影响,我们可以把蚂蚁想象成一个稍大的鹅毛,鹅毛在空中下落的过程中可能在快要落地的时候刮了一股风而使鹅毛又再次上升到一定高度。

蚂蚁重力远远小于阻力

在这种情况下,可以看出,蚂蚁何时能够落地,落在何处都不得而知。除此之外,蚂蚁的落地速度也毫无预测性。但是蚂蚁在受到这些力的作用下,摔死的可能性已经变得非常小了。

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