蚂蚁跳楼
好像还有很多人不明白的样子。
我把我前面用英文写的一个简单的物理模型的计算解答翻译过来,希望对大家的讨论有所帮助。
当一个物体下落,将会受到空气的阻力,我们可以近似将其看成是与空气分子的碰撞效果。可以假设空气分子与物体碰撞后获得一个定向的分速度,这个速度与物体下落速度相同。由牛顿定律,空气分子获得的总动量等于空气施加在物体上的阻力乘以时间。
可以得到方程:
(阻力)*(时间)=[(空气密度)*(体积)]*(下落速度)
=[(空气密度)*(下落速度)*(时间)*(等效面积)]*(下落速度)
等效面积是指下落时与空气分子碰撞的截面积。
严格来讲这里的时间应该是指一个时间的微分。
消掉时间,得到
(阻力)=[(空气密度)*(等效面积)]*(下落速度)^2
在稳态下,即下落速度是匀速,且阻力等于重力:
(阻力)=(重力)=(质量)*g=(物体密度)*(物体体积)*g
g是重力加速度。
再由上边联立得到
(阻力)=(物体密度)*(物体体积)*g =[(空气密度)*(等效面积)]*(下落速度)^2
再利用: (物体体积)/(等效面积)=(物体高度),可以得到:
(下落速度)^2=[(物体密度)/(空气密度)]*(物体高度)*g
我们可以估算,人体的密度和蚂蚁的密度大至一样,约等于水的密度.
这样,(下落速度)^2 就只与物体的高度成正比.
蚂蚁身高大约1毫米,人的高度约是蚂蚁的1600倍,那么人的下落速度就是蚂蚁的40倍.这是多么惊人的差异!更何况蚂蚁的身体相对来讲远远比人的强壮.
如果我们考虑空气的摩擦阻力,这个阻力一般是与物体的表面积成正比(也和下落速度有关),这个表面体大至和物体高低的平方成正比,但考虑到
重力或体积与高度的立方成正比,所以这个摩擦阻力产生的效果对蚂蚁来说远远超过对人的,进而将会进一步降低蚂蚁的下落速度.
大家看看,有什么意见讨论讨论吧。