天上雨点的大小和下落速度是怎么控制的?
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天上雨点的大小和下落速度是怎么控制的?
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提到这个不得不说下伽利略的自由落体实验结论,即不同物体从同一高度自由下落,运动情况与它们的重量无关,均是匀加速运动。也由此比萨斜塔成为世界著名的旅游胜地。不过“自由落体运动”是有前提条件的,即忽略空气阻力。自由落体实验之所以可以忽略空气阻力,主要有两点原因:一是落体距离地面的高度不高;二是物体的重量比较重。伽利略比萨斜塔实验,高度并不高,大约50米左右,且所用球(铅球和木球)都比较重,空气阻力对其影响不够明显,因此两球几乎同时落地。但若仔细辨别,两球落地的时间还是有点差别的,铅球比木球要早一些,因为空气阻力对较轻的木球影响稍大一些。
这里雨点是从几百米甚至上千米的高空落下,空气阻力就不得不考虑了。在雨点开始下落的一段时间内,速度越来越快,空气阻力与速度成正比,阻力也急剧增加,当速度大到一定程度即与雨点自身重力平衡(这里默认重力是一个固定值,不考虑雨点下落过程中的损耗及由于损耗过多未到地面的情况),此时雨点速度不再增加而以此速度匀速下落。
简单说就是比较轻的雨点受空气阻力影响较大,它会早一些达到匀速状态,比较重的雨点受到空气阻力的影响较小,它会晚一些达到匀速状态。我们知道落体的速度是和时间成正比的,晚一点达到匀速状态的雨点其最终速度比早达到的要大。
举个例子,极限状态空中水滴的直径小到几微米时,落地速度几乎为零,就像雾的状态,而当大雨倾盆时,肉眼可见落地速度是相当快的。
2019-05-27 10:36:16