为什么雨滴落下不会砸死人?《张朝阳的物理课》推导斯托克斯定律

阳香谈娱乐八卦 2024-10-17 01:52:38

在一个阴雨绵绵的下午,您是否曾在窗前望着外面雨滴如同豆粒般砸落,心里忽然冒出一个天真的疑问:这些小家伙从天上掉下来,怎么就不会把人砸伤呢?这看似简单的问题,背后其实隐藏着重要的物理学原理,今天就让我们一起揭开这个谜底,探讨一下“斯托克斯定律”的魅力

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让我们聊聊“雨滴的速度之谜”,诸位,在我们的直观感受中,雨滴似乎在从天而降时就带着一种飞速的气势,可您想过吗?如果把这些雨滴都放在一个特定的环境里,它们的速度也是有极限的,这里就要提到一个概念——“终端速度”,简单来说,终端速度就是物体在流体中下落时,受到的空气阻力和重力作用平衡后所达到的一个稳定速度

可能有朋友会问,乔妹,这个终端速度和我们要说的雨滴有什么关系呢?举个简单的例子,假如我们同时把一根羽毛和一个铁球放在空中,让它们自由下落,结果可想而知,羽毛会在空中随风飘舞,而铁球则迅速下落,羽毛的下落速度会因为空气的阻力而变得极慢,终端速度的这个概念就是告诉我们,不同物体在空气中由于形状和密度差异,最终会以不同的速度落地

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接下来,我们得把焦点拉到“斯托克斯定律”上,这是一条相对简单的物理公式,正是它帮助我们理解了雨滴运动的秘密,斯托克斯定律主要是用来描述球形物体在流体中运动的速度,尤其是在液体和气体里,当雨滴从天空中落下时,它就像一个“小球”,在空气中前行

这条定律告诉我们,一个物体的速度是受到它的形状和大小,以及周围流体的粘滞性影响的,用个小例子,想象你在游泳池里,尝试推一个乒乓球和一个羽毛,看哪个能更快地浮起来,乒乓球会相对容易得多,而羽毛则会因为受到太多阻力而很难移动,这就是流体的粘滞性在作祟

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回到雨滴这里

,雨滴的形状、大小和质量都会影响它的下落速度,一般来说,较大的雨滴会面临更小的空气阻力,因此它的终端速度会比较高,反之,小雨滴由于体积小,空气阻力相对较大,自然下落速度就会更慢,通过这些物理原理,我们发现即便是最大的雨滴,其速度也远不及那些从高空坠落的重物

随着雨滴的下落,它们实际上是不断和空气进行碰撞和摩擦的,受到的阻力也在不断增加,直到空气阻力和重力达到某种平衡,这个平衡点就是它的终端速度,雨滴在达到这个速度后,就会维持一个稳定的降落速度,您看,这样一来,即使雨滴看起来是从高空落下,它造成的动能其实也是有限的

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你或许还会问,雨滴掉下来的时候,咱们的身体感觉为什么那么不一样?其实当雨滴落到我们身上的时候,会迅速蒸发,带走身体的一部分热量,这样一来,我们就感到凉快了,这也是为什么很多人会在炎热的天气中期待一场降雨

通过以上的讨论

,我们逐渐揭开了雨滴为何不会砸死人的谜团,虽然雨滴从高空跌落,但它受到的空气阻力影响,并且在下落过程中形成的终端速度,使得即便是下雨,大家在这场大自然的“洗礼”中,也不会受到伤害

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归根结底,科学无处不在,正是诸如此类的物理现象,丰富了我们日常生活中的点滴,透过这些现象,我们看到了更广阔的科学世界,您是否也感受到了一丝启发呢?希望今后的生活中,大家能够继续保持好奇心,去探寻更多自然界的奥秘,下一次当细雨飘落时别忘了感谢背后那些默默无闻的科学原理!

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