人为什么不会被高空坠落的雨点砸伤？

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2020 年 5 月 11 日，深圳一女子抱着 6 个月大的女婴正常行走，突然天上掉下两大瓶洗发水，砸中女婴。紧急送医后，女婴被诊断为双顶骨、枕骨骨折，多处出血。外力的冲击对孩子造成了严重的脑损伤。对于高空抛物的危害，有实验表明，一枚鸡蛋从 8 楼抛下来就可以让人头皮破裂，从 18 楼扔下来就可以砸破人的头骨，从 25 楼抛下可使人当场死亡。显然，楼层越高，坠落物产生的冲击力也越大。可是你有没有想过这样一个问题，为什么下雨时雨滴从几千米的高空落下，却不会对我们造成伤害呢？首先，我们要了解坠落物体产生的力量从何而来。在下落的过程中，物体由于受到重力的作用，运动速度会越来越快。我们把物体由于机械运动而具有的能量，叫做动能。这种能量与电能、热能一样，都可以对外界物体做功。当一个运动的物体撞在人身上时，可以认为其撞击前的动能越大，其撞击时的破坏力也就越大。所以对于高空坠物而言，其撞击人体时的破坏力大小由两个因素决定：一个是物体的质量，另一个是物体的速度。物体的质量越大，速度越快，具有的动能就越大，能够产生的破坏力也就越大。


其次，我们要认识到，在物体下落的过程中，除了受到向下的重力，还会受到空气向上的阻力。这就好比我们在逆风奔跑时感受到的阻力。随着下落物体速度的增加，它受到的阻力也会随之增大。对于大质量的物体来说，在刚开始下落的很长一段时间内，其受到的重力远远大于空气阻力，所以下落时会越来越快。但是，对于雨滴这样质量小的物体而言，在下落的过程中，受到的阻力与重力很快就能达到平衡，从而使雨滴开始做匀速运动。这就意味着雨滴的动能在空气中不会增加到太大，因此雨滴落在我们身上时由于撞击所产生的冲击力也是非常有限的。

不仅如此，在下落的过程中，受阻力的影响，雨滴的形状也在一直发生着变化。先是圆圆的球形，然后被逐渐压扁，再破裂为更小的水滴。质量越大的雨滴越容易发生碎裂或变形。而越轻小的物体受到空气阻力的影响就会越大，从而使得其下落时的最终动能越小。回想一下你记忆中的瀑布，是不是在靠近水流下端的地方，可以看到密密麻麻的水汽？它们都是由大水滴逐渐分散而成的。雨滴的直径通常处在 10 毫米以下，这样大小的水滴，在受力平衡时的速度也就是 2~10 米 / 秒，相当于 1~5 级的风速。这点力量对于人类而言，可以说不值一提。下雨虽然不会对人造成伤害，但是如果我们把足够量的水包裹起来，再用飞机从高空中往下抛，情况就不一样了。此时的“大水滴”不可能像雨水一样分散成小的颗粒，它的质量不仅更大，而且速度也会不断增加。最终当这颗“水弹”到达地面的时候，它所能产生的冲击力可能会超乎你的想象。

大自然虽然不会像我们一样，把水包裹起来，但是它却可以制造冰雹。冰雹在下落过程中遇到的情形其实与“水弹”差不太多，会由于无法达到重力与阻力的平衡，而获得可观的动能。一般来说，“鸡蛋大小的冰雹”从高空落到地面时，产生的力量相当于 3 千克物体从 10 米左右的高度下落，好比从 3 层楼上丢下个带土的小花盆。这样的物体砸向行人或车辆，其破坏力可想而知。
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文源：《物理！发现的力量（清华附中给孩子的通识课）》作者：蒋炜波 俞鹏

来源：https://view.inews.qq.com/k/20231207A00TZA00
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