这是一个很“古老”的笑话了。
某人误入一个博士群。见到有一个人提问:一滴水从一万米自由落体下来,砸到人会不会砸伤?或砸死?群里一下就热闹起来,各种公式,各种假设,各种风力,阻力,重力,加速度等等的讨论,足足讨论了近一个小时。这时,某人默默的问了一句:你们没有淋过雨吗? 群里,突然死一般的寂静……然后,然后,某人就被踢出群了……
本文当然不是来嘲笑博士们没有常识、也不是去嘲笑某人没有学问,而是想借着这个笑话来讲述一下物理思维,让我们更清晰地理解力及力的作用效果。下面我就站在一滴水的角度,用第一人称来与您描述一下这个有趣又奇妙的过程。
一、合力让“我”漂浮在空中在晴朗的天空中,只要您抬头就能看到空中飘浮着朵朵的白云。其实大家看到的就是“我”和“我的兄弟姐妹们”聚集在一起的样子。
我在诞生之前是水蒸气,主要来自海洋的蒸发,陆地上江河中的水的蒸发只占很小的比例。来自太阳的辐射让我具备了足够的动能,使得我冲破了海水表面其它兄弟姐妹之间的拉扯的力量,跑到空气当中,变成了一个自由的水分子。
虽然这时候,身边不再那么拥挤,但也不断受到空气中氮气和氧气分子的碰撞,由于我的比重比它们轻,所以在碰撞中能够获得更高的速度并逐渐向上漂浮。这个过程中,当然不是没有重力的作用,而是与碰撞获得的力量相比,重力要小好多的数量级。
这个时候,主导运动状态的不是重力,而是来自空气分子的碰撞。就这样我在碰撞中不断上升。
在上升途中,我也会遇到其它的物体,比如灰尘和其他的水分子,由于我是极性分子,所以我对外的不同方向是表现出电极性的,所以我会吸附在灰尘上,或者与其他水分子重新拉起手来。这时候我们就重新变成小水滴,而灰尘叫做凝结核。
在这个过程中,我会失去一部分的运动速度,对外释放出热量。继续与其他水分子结合,变成更大的水滴,最后在重力和空气分子的碰撞中保持平衡,无数个我这样的小水滴聚集在一起,就形成了云。
大家要注意一下,让我漂浮在空中并保持云的状态,影响我的不只是重力,而是重力与空气分子碰撞的合力,垂直方向达到了力的平衡。
位于万米高空的水滴其势能非常大,如果这么大的能量转化为动能也很恐怖,但必须考虑到还有空气阻力消耗其能量,所以即便从很高的地方落下也不会使人受伤。
不会,水是液体,在万米高空的话,还没落到地面就已经蒸发完了,所以不会使人受伤。