【山东科协每日科普】为什么人不会被高空坠落的雨点砸伤?

一个空易拉罐从25楼扔下有可能致人伤亡,而下雨时,雨滴从几千米高空落下,为何不会对人造成伤害?

要解释这个问题得从两个方面入手:雨滴的收尾速度以及雨滴的形状。

雨滴的收尾速度

雨滴受到重力作用往下坠,但是下坠速度并非一直增大。下落过程中,空气给雨滴一个向上的阻力。阻力正比于速度的平方,速度越大阻力越大。但这个过程也不是一成不变:刚开始下落时,重力大于阻力,雨滴会加速;随着速度增加,阻力也随之增大,直至重力和阻力达到平衡,即:mg=f,合力为0,雨滴匀速下落。此时匀速下落的速度就叫做收尾速度。

雨滴下落时,刚开始速度提升很快,但随着其继续下降,速度变小,直到变成匀速下落。经过计算,直径为2毫米的雨滴,其收尾速度约为4米/秒,无论雨滴从万米高空坠落,还是从百米空中坠落,速度差距并不大,这样的速度一般不会对人造成伤害。

雨滴的形状

雨是云里面的水滴聚合到一定程度后落下来的小水珠,在下落时会迎面撞上很多漂浮着的小水滴,形成较大的雨滴下落,其直径在1毫米至6毫米之间。直径小于1毫米的雨滴叫云滴,由于质量小,会被上升气流托着往上走,基本不会落下来。为什么很少有直径6毫米以上的雨滴呢?这与它的形状有关。

雨滴的形状与我们想象的完全不一样。科学家用高速镜头捕捉到的画面显示,由于表面张力,雨滴最开始是一个小球体,在下落过程中会被空气阻力分裂,变成更多更小的雨滴,由于质量和直径都变小了,收尾速度也变小。

雨滴下落过程中不断吸收新的小水滴,体积慢慢长大,然后遇空气阻力又不断破裂变小,如此反复。最终,直径维持在1毫米至6毫米之间,其收尾速度(终末速度)维持在2米/秒至10米/秒之间,以这样“温柔”的速度砸到身上不过是挠了个痒痒而已。

这与冰雹形成了鲜明的对比。冰雹可以在云层中长到很大,当乒乓球大小的冰雹从高空落下时,不仅质量大,速度也快,砸碎车玻璃甚至砸伤人那也是分分钟的事。

综上所述,雨滴不会砸伤人的原因可简单归纳为:雨滴下落过程中,其大小和形状都有一个固定的变化范围,由于阻力的影响,最终的收尾速度也不会超过10米/秒,当然也就不会砸伤人了。

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