螞蟻從萬米高空掉下來會摔死嗎?

熱愛生活的菜鳥 發佈 2020-01-09T20:13:22+00:00

重力勢能無時無刻不在做功螞蟻從萬米高空下落,如果不考慮空氣阻力與風力的影響,也就是做自由落地運動,可以計算出螞蟻到達地面的速度是多少,落地時間是多少。

物質從高空往下跳落,是重力勢能轉化為動能的一個過程,動能的增加必然是物質速度的增加,當瞬間落地時速度衰減瞬間到達0,必然導致物質結構受到損傷(排除結構原因可使速度轉化方向)。


重力勢能無時無刻不在做功


螞蟻從萬米高空下落,如果不考慮空氣阻力與風力的影響,也就是做自由落地運動,可以計算出螞蟻到達地面的速度是多少,落地時間是多少。


d=gt^2/2

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

那麼v=gt=46×9.807=451m/S,可以看出時速超過了100km/h.


可以想像,如果此時不是一個螞蟻,而是一個尖銳的東西,451m/S的速度可以擊穿我們的身體。對於螞蟻來說,以這個速度下落螞蟻撞擊在地面上必死無疑。



但是螞蟻的形狀比較特別,且質量較小,自然受到空氣阻力及其他的力(四周風力)的作用比較大。


首先,我們要看1萬米高的空間自上往下的空氣分布。萬米高空正好完全處在地球大氣層的平流層,這一距離的大氣層空氣對流相對穩定,但是也會受到四周風力的影響。


地球大氣結構


大氣層自上而下的空氣密度在在逐步變大,也就是說受到的空氣阻力越來越大,如果不考慮側向風力的影響,只考慮空氣阻力和重力的影響的話。那麼通過簡單的空氣阻力方程可知,F=ρv^2CA/2


其中,F表示向上的空氣阻力,v表示物體的及時速度,A表示在運動方向上的投影面積,C是阻力係數,這是一個無量綱數,通俗的說就是需要特事特辦,根據下落物體具體的形狀,光滑度,姿勢等等。



在這種情況下,螞蟻摔死的可能性也會變得大大縮小,但是也無法判斷掌握螞蟻會不會被摔死。


下面是情況更為複雜的,不僅僅螞蟻收到重力及空氣阻力,還有側向不定向的風力影響,我們可以把螞蟻想像成一個稍大的鵝毛,鵝毛在空中下落的過程中可能在快要落地的時候颳了一股風而使鵝毛又再次上升到一定高度。

螞蟻重力遠遠小於阻力


在這種情況下,可以看出,螞蟻何時能夠落地,落在何處都不得而知。除此之外,螞蟻的落地速度也毫無預測性。但是螞蟻在受到這些力的作用下,摔死的可能性已經變得非常小了。

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