网友提问:
蚂蚁从万米高空掉下来,会不会摔死?
优质回答:
这个问题很有意思,我想我可以回答一下。
我们先说一个简单的问题:在考虑空气阻力的情况下,一个物体从空中掉落下来会经历哪几个过程?
比如说我们拿一个足球来举例,这个足球会受到两个力的作用:重力和阻力。重力来源于足球本身,这个力是恒定的;阻力来自于空气阻力,这个力的大小在图中已经给出了,就是Fd。
空气阻力到底有多大,各位不用太关心,只要知道一点:物体在空气中的运动速度越快,那么空气阻力就越大。
开车上过高速的朋友肯定有类似的经验,到了高速上之后车速如果太高了就会很耗油,这就是因为车速太高、空气阻力太大导致的(当然了,车速低因为发动机不在最佳工作状态,所以耗油也大)。
所以一个从空中下落的物体会经历两个过程:
第一个过程,物体速度不快,这个时候重力大于空气阻力,物体会处于不断加速的状态之中,直到物体速度很高、阻力等于重力为止(如下图的A-B-C过程);
第二个过程,因为空气阻力已经等于重力了,所以物体保持匀速运动(如下图的C-D过程),速度不会再增加了。
换句话说,只要高度足够高,物体最后都会保持匀速下落,而且速度都是一样的。蚂蚁从一万米的高空掉下来和从两万米的高空掉下来,最后落地的速度一样。甚至于,蚂蚁从一万米的高空掉下来跟从10米的树上掉下来,最后落地的速度也一样。
这个最后稳定的速度,就叫做“最终速度”。在这个速度下,空气阻力等于重力。
然后我们再说蚂蚁下落的问题。
刚刚说了,一个物体的受到的阻力大小会跟物体的运动速度有关,但是这个阻力的大小同样还会跟物体的横截面积有关——比如说降落伞的原理就是造出来一张横截面巨大的物体来制造极大的空气阻力。
所以一个相同形状的物体——比如说一个球体,它收到的阻力会伴随着直径的平方增长——假如直径是1的时候,小球受到的阻力是1,那么直径是2的时候,小球受到的阻力就是4了。
而物体的重力跟物体的什么属性有关呢?答案就是物体的体积。再拿小球举例子,假如直径是1的时候,小球受到的重力是1,那么直径是2的时候,小球受到的重力就是8了。
可能有眼尖的朋友一下子就看出来了——同样是小球变大了一倍,重力变成了8,阻力却只是变成了4,这一大一小,会不会引起什么变化呢?
对的,问题的关键就在这里。如果小球逐渐变大,那么小球需要更高的速度才能够使空气阻力等于重力,也就是说,小球越大,最终速度越大;小球越小,最终速度越小。
举个例子:云很重,有的云可能几十万公斤重,为什么还能够飘在空中?这就是因为云实际上都是由细小的小水珠构成的,这些水珠太小了,可能自由落体的最终速度只有零点几毫米每秒钟,空气的热对流就足够“托起”这些小水珠了,所以云才不会掉下来。然后我们回答蚂蚁这个问题上来,蚂蚁体积小,所以最终速度非常低。
蚂蚁体积太小了,而且本身密度也不高,这就导致蚂蚁在自由落体的时候最终速度非常低,而且只要自由落体那么一小会儿就可以达到最终速度,所以蚂蚁坠落到地面的速度很低,同时蚂蚁无论是从1万米高空掉下来,还是从10米高的树上掉下来,掉到地上的速度实际上是一样的。
所以你只需要把蚂蚁从高处扔下来看看它会不会死就知道它从万米高空掉下来会不会死了。
当然了,高空的环境是复杂的,比如说蚂蚁可能会被冻死(高空温度很低);比如说碰上不好的天气把蚂蚁吹到海洋里淹死,都有可能,但是蚂蚁几乎不可能被摔死。
不知道我说清楚了这个问题没有?欢迎点赞、评论、关注走一波~
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这个不用我说,相信大家都知道答案。那就是蚂蚁从万米高空中落下,理论上并不会被摔死。
这点从我们的日常经验上就可以得出答案,一个物体越轻,落地时速度越慢,收到的冲击力越弱。小时候我们经常会逮到各种小虫子,包括蚂蚁,把它们从高空扔下来,但我们都会发现,这些个头小、质量轻的小虫子们并不会被摔死。不论我们怎么弄,它们都好像完全没事死的。但是假如我们仍的是一个人,那可想而知掉落到地上会有多疼。
说到底,这个问题的关键就是一个冲击力的问题。决定我们落到地上受伤程度的关键指标就是冲击力。冲击力和速度正相关,速度越大,冲击力越大。当速度达到一定程度,可以直接致死。一个人从二楼掉下来可能会受伤,但是从10楼掉下基本必死无疑。关键就是从十楼掉下来时,落地速度太快,收到的冲击力过高。
那么落地速度和什么相关呢?和一个物体的形状以及质量有关。形状和这个物体收到的阻力大小有关,质量决定这个物体下落的速度。假如物体形状像降落伞,那么无疑物体收到的阻力就很大,下落的速度就会慢。而如果物体的质量很小,比如蚂蚁,那么它的重力就很小;而阻力和物体的速度成反比,所以蚂蚁只要很小的下降速度就会产生足够平衡蚂蚁自身重力的阻力。也就是说,蚂蚁下落的速度很低,根本不会产生足够的冲击力导致自身损伤。
假如我们把蚂蚁绑在一个很重的铁球上让其从1万米下落,那么我想蚂蚁肯定必死无疑。
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蚂蚁从万米高空掉下来不会摔死,但是会死于其他原因。
为什么蚂蚁从万米高空掉下来不会摔死?
万米高空处的重力加速度大约为9.78米每平方秒。如果蚂蚁以自由落体方式(忽略空气阻力和浮力)落向地面,即使初速度为0,蚂蚁下落时速度不断增加,那么蚂蚁撞击地面时的速度将会非常快,结果必死无疑。
若还考虑其他因素,结果就不同了。蚂蚁很小,重量很轻,不到50毫克,也就是0.05克。中型雨滴的平均重量差不多和一只蚂蚁的重量相当,不过雨滴是从几千米的高空落下来的。
万米高空的空气密度仅为地面的1/3。蚂蚁在空气中会受到空气浮力影响。当蚂蚁从万米高空掉向地面时,蚂蚁会受到空气阻力的影响,而且蚂蚁的速度越快,空气对蚂蚁产生的阻力也就越大。
空气浮力和空气阻力的作用方向与重力的作用方向相反,当蚂蚁的下落速度达到一定数值时,蚂蚁受到的浮力和阻力合力与重力会保持平衡,那么蚂蚁的下落速度就不会再继续增加了,蚂蚁将会以匀速落至地面。其实,人从高空落下来,经过一段时间的加速后也会达到平衡状态,只不过人达到平衡状态时的速度非常快,人从100米的地方掉下来就死翘翘了。
由此可见,蚂蚁撞向地面时速度并不会太快。蚂蚁从万米高空掉下来,与10米高的地方掉下来效果是一样的。蚂蚁本身由于特殊的身体结构,能够承受很大的冲击力,因此蚂蚁并不会被摔死。
那蚂蚁会怎么死?
万米高空不仅空气密度小,温度也非常低,在海拔1万米的高度温度为零下50摄氏度,这么低的温度,蚂蚁根本承受不了,很有可能会冻死。此外,蚂蚁还有可能会死于其他原因。
如图所示,不同海拔高度对应的温度和空气密度。
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这个问题想都不用想,毫无疑问蚂蚁从万米高空掉下是不会摔死的。因为蚂蚁太小太轻了。
打个比方,老鼠和蚂蚁两个物体。对着蚂蚁吹一口气,蚂蚁肯定被吹跑了。但是对着老鼠吹一口气,老鼠肯定是纹丝未动。
所以蚂蚁从万米高空落下,肯定会随着空气的流动和阻力来回飘动,缓慢下降。而老鼠从万米高空落下,由于自身重量肯定会垂直下降,所以老鼠必死无疑,而蚂蚁如同有古代的轻功一样,不会死。
古代的武侠为什么要练轻功,就是为了飞檐走壁,从高处落下而不会摔伤,蚂蚁虽然不会飞,但是却具备身体非常轻的天然优势。
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从万米高空跳下后是否摔死,与空气阻力有关。如果你落在没有空气的地方,你会继续加速,直到落地。但是有了空气,当你穿过它的时候,你必须把它推开。这会产生空气阻力,减缓你的速度。
你移动得越快,空气阻力就越大,你的面积越大,空气阻力就越大。这两个因素达到了我们称之为“最终速度”的平衡。
所以一只小蚂蚁的最终速度会比人类低得多,因为人类要重得多。这意味着,即使我们从同一个高度坠落,人类在落地时通常会比蚂蚁走得快得多,因此人类受到的伤害会比蚂蚁多。
除了让自己变得更轻,你还可以做其他事情来增加空气阻力。最常见的方法是增加你的表面积。这意味着你必须挤出更多的空气,这样会让你更慢下来。
这就是降落伞的作用。它大大增加了跳下飞机的人的表面积。以至于它们的最终速度低到足以让它们存活下来(通常不会受伤)。
毛皮也是你跌倒时增加空气阻力的另一种方式。毛茸茸的动物会比秃子落得慢。在一些攀爬动物中,这通常足以保护它们免受重伤或死亡。
小蚂蚁在万米高空落下不会摔死,可能会冻死或缺氧而死。