螞蟻從飛機上掉下來會摔死嗎？
2019-10-16
小時候經(jīng)常會想，螞蟻從高樓上掉下來，會摔死嗎？今天就和大家講個明白
除了起飛和降落，現(xiàn)在的民用航空飛機一般都在平流層底部飛行，飛行高度大約在8000~12000米之間。在平流層飛行，飛機飛得比較穩(wěn)、省油，安全性也比較高。按照常識來說，人如果從萬米高空掉下去，沒有減速裝置，肯定得摔成渣了。即使是從10米高的地方掉下去，對于人來說也是非死即殘。如果從正在平流層巡航的飛機上掉下去一只螞蟻，那么螞蟻會摔死嗎？
這是一個很有趣的問題，為了解決這個問題，我們從科學(xué)的角度分析一下。其實，這主要是一個物理學(xué)中的力學(xué)問題，讓我們討論一下螞蟻的受力情況。
首先，螞蟻會受重力影響，做自由落體運動
螞蟻從萬米高空掉下，是受重力的影響，那么它的初速度就看作0，而螞蟻從掉落那一刻起每秒鐘的加速度按9.8米每秒算。
天體表面的重力加速度是根據(jù)牛頓第二定律和萬有引力定律推導(dǎo)出來的。
地球表面的重力加速度平均為9.8米每秒，重力加速度隨著海拔的升高逐漸變小。根據(jù)公式計算可知，在1萬米的高空，螞蟻所受到的重力加速度大約為9.78米每秒，跟地表相差無幾，那么我們按照9.8米每秒來處理即可。
在理想情況下，螞蟻下落時的速度隨著時間的增長不斷提高，它們之間成正比關(guān)系，螞蟻在到達地表時速度將達到最大值。通過計算得知，只有重力作用下，螞蟻從1萬米的高空掉落到海平面位置大約需要45秒，最終的速度為441米每秒。如果螞蟻真的以這么快的速度撞向地面，絕對死翹翹。
上面只考慮了重力的影響，其實螞蟻還會受到空氣阻力及浮力的影響。
地球表面被大氣層罩著，大氣密度及溫度隨著海拔的升高不斷降低。地球海平面附近15攝氏度時的空氣密度大約為1.2千克每立方米。而在1萬米的高空，大氣溫度降至零下50攝氏度，空氣的密度僅為0.4千克每立方米，僅為海平面附近空氣密度的1/3。
科學(xué)研究表明，物體的下落速度越快，它所受到的空氣阻力也就越大。此外，物體所受到的空氣阻力還與它的迎風(fēng)面的大小有關(guān)。具體公式如下：總結(jié)起來就是 ，空氣阻力的大小與物體迎風(fēng)面積成正比，與物體的速度平方成正比?？梢钥闯?，當(dāng)物體的下落速度越快時，物體所受到的阻力也就越來越大。當(dāng)物體所受到的重力和它所它受到的阻力保持平衡時，那么物體就將保持勻速下降。
螞蟻的迎風(fēng)面估計在20平方毫米左右，且身體不是流線型，下落時受到的阻力估計比雨滴所受到的阻力還要大一點。降落傘就是用的這個原理，通過增大迎風(fēng)面，增加空氣阻力，來減速。螞蟻身體的平均密度也比較低，比水高一點，還會受到一定浮力影響，不過比較小。
云是由數(shù)不清楚的小水珠構(gòu)成的，天上隨便一片云就有幾十上百噸，之所以不會掉下來，就是受到浮力及空氣阻力等其它因素影響。
為什么螞蟻不會被摔死？
綜上所述，當(dāng)螞蟻達到一定速度時，它所受到的阻力就會與重力保持平衡，那么螞蟻的速度就不會再繼續(xù)增加了。不管是1萬米還是1千米，螞蟻最終落到地面時的速度都是一樣的。
據(jù)估計，螞蟻掉落時的平衡速度大約為10米每秒，也就是說螞蟻從1萬米的高空落到地面大約需要15分鐘左右。由于螞蟻的質(zhì)量小，螞蟻撞擊地面時的動能僅為0.003焦耳左右，這么小的撞擊能量對螞蟻產(chǎn)生不了任何危害。
一只螞蟻的平均體重通常不足0.05克，那么它所受到的重力影響也就很小。一只螞蟻的質(zhì)量按0.05克算，根據(jù)G=mg計算可知，一只螞蟻大約受到0.00049牛的重力作用。
螞蟻由于非常輕，在下落的時很快就能達到平衡點，速度也不會很快。據(jù)我估算，在1萬米的高空，螞蟻下落不到10米就能達到平衡。
螞蟻的身體結(jié)構(gòu)比較特殊，螞蟻具有外骨骼和強韌的肌肉，可以搬起百倍于自重的物體，可以承受很大的沖擊力，也就是說螞蟻比人類更耐摔。
螞蟻雖然不會被摔死，但是大概率會死于其它原因
前面已經(jīng)提到過，在1萬米的高空，溫度低至零下50攝氏度，螞蟻將會被凍死；三分陸地七分海，平流層的風(fēng)也比較大，螞蟻很有可能會被風(fēng)吹入海中淹死；受傷上升氣流的影響，螞蟻還有可能長時間在空中飄浮，最終餓死。
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