我们都知道
人类从高处掉落
常常面临生命危险
那么
小小的蚂蚁从高处落下
会怎么样呢?
虽然不会被摔死
但是大概率会死于其它原因
这是一个简单又有趣的问题
从科学的角度分析
其实
这主要是一个物理学中的力学问题
蚂蚁在下落过程中会受到哪些力?
1
首先
蚂蚁会受重力影响
做自由落体运动
蚂蚁从万米高空掉下,是受重力的影响,那么它的初速度就看作0,而蚂蚁从掉落那一刻起每秒钟的加速度按9.8米每秒算。
天体表面的重力加速度是根据牛顿第二定律和万有引力定律推导出来的。
地球表面的重力加速度平均为9.8米每秒,重力加速度随着海拔的升高逐渐变小。根据公式计算可知,在1万米的高空,蚂蚁所受到的重力加速度大约为9.78米每秒,跟地表相差无几,那么我们按照9.8米每秒来处理即可。
在理想情况下,蚂蚁下落时的速度随着时间的增长不断提高,它们之间成正比关系,蚂蚁在到达地表时速度将达到最大值。通过计算得知,只有重力作用下,蚂蚁从1万米的高空掉落到海平面位置大约需要45秒,最终的速度为441米每秒。如果蚂蚁真的以这么快的速度撞向地面,绝对死翘翘。
2
其次
蚂蚁还会受到
空气阻力****及浮力影响
地球表面被大气层罩着,大气密度及温度随着海拔的升高不断降低。地球海平面附近15摄氏度时的空气密度大约为1.2千克每立方米。而在1万米的高空,大气温度降至零下50摄氏度,空气的密度仅为0.4千克每立方米,仅为海平面附近空气密度的1/3。
科学研究表明,物体的下落速度越快,它所受到的空气阻力也就越大。此外,物体所受到的空气阻力还与它的迎风面的大小有关。具体公式如下:
总结起来就是 ,空气阻力的大小与物体迎风面积成正比,与物体的速度平方成正比。可以看出,当物体的下落速度越快时,物体所受到的阻力也就越来越大。当物体所受到的重力和它所它受到的阻力保持平衡时,那么物体就将保持匀速下降。
科普冷知识
云是由数不清楚的小水珠构成的,天上随便一片云就有几十上百吨,之所以不会掉下来,就是受到浮力及空气阻力等其它因素影响。
综上所述,当蚂蚁达到一定速度时,它所受到的阻力就会与重力保持平衡,那么蚂蚁的速度就不会再继续增加了。不管是1万米还是1千米,蚂蚁最终落到地面时的速度都是一样的。
为什么蚂蚁不会被摔死?
据估计,蚂蚁掉落时的平衡速度大约为10米每秒,也就是说蚂蚁从1万米的高空落到地面大约需要15分钟左右。由于蚂蚁的质量小,蚂蚁撞击地面时的动能仅为0.003焦耳左右,这么小的撞击能量对蚂蚁产生不了任何危害。
图片来源:可画
一只蚂蚁的平均体重通常不足0.05克,那么它所受到的重力影响也就很小。一只蚂蚁的质量按0.05克算,根据G=mg计算可知,一只蚂蚁大约受到0.00049牛的重力作用。
蚂蚁由于非常轻,在下落的时很快就能达到平衡点,速度也不会很快。据我估算,在1万米的高空,蚂蚁下落不到10米就能达到平衡。
图片来源:可画
蚂蚁的身体结构比较特殊,蚂蚁具有外骨骼和强韧的肌肉,可以搬起百倍于自重的物体,可以承受很大的冲击力,也就是说蚂蚁比人类更耐摔。
由此可见,最终蚂蚁到达地面时并不会被摔死。
蚂蚁虽然不会被摔死
但是大概率会死于其它原因
以上只是单纯地以物理学角度来分析的,实际上由于高空的环境复杂,蚂蚁在达到最终速度后不可能一直以这个速度下落,空气对流甚至又会把蚂蚁拖起来,就像拖住小水珠那样,一直不让蚂蚁落下来,蚂蚁可能长时间在空中飘浮,最终饿死。
图片来源:可画
在1万米的高空,温度低至零下50摄氏度,蚂蚁也可能会被冻死;三分陆地七分海,平流层的风也比较大,蚂蚁可能会被风吹入海中淹死。