水滴下落(水滴下落运动规律)

每日一问107：水滴为什么上面尖下面圆，而不是球形或者别的形状?

可能不少人印象中的水滴是上面尖下面圆的泪状，这多少和海报、节水标志中常用泪状表示水滴有关。实际上，水滴的形状并非如此。

在太空中没有重力影响，水滴为近乎完美的圆球。这是因为水滴的表面张力，在此作用下水滴表面积趋于最小（表面积越小，能量越低）。在体积相同的情况下，球形表面积最小，所以水滴是球形。

实际生活中，重力等影响会使水滴偏离球形。以水龙头为例，水滴摇摇欲坠时，顶端仍与水龙头有小面积的接触（上面的尖），底端下垂，重力和水龙头的附着力将水滴拉扯成长椭球，比较接近泪状。彻底坠落后，水滴很快变成扁椭球并向下运动，然后又变成圆球、长椭球、圆球、扁椭球，如此循环变形，如图。

图片来源

至于雨滴，文献指出直径小于1mm的雨滴以球形为主，在1-3mm的雨滴以椭球形为主，在3-5mm的雨滴为底部扁平的馒头状，如图（直径是指与雨滴体积相同的球的直径）。雨滴所受重力与直径的三次方成正比，表面张力与直径成正比。当雨滴较小时，重力远小于表面张力，可忽略重力，在表面张力作用下雨滴成球形；雨滴较大时，重力与表面张力相当，不能再忽略，这使得雨滴偏离球形而呈椭球形；雨滴很大时，底部受到较大的空气阻力，使得底部扁平化而呈馒头状。

参考文献：

[1]蔡一坤.穿透现象和液滴形状的关系[J].力学学报,1996(04):106-109.

[2]舒小健,高太长,刘西川,胡帅,江诗阳.基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析[J].气象,2017,43(01):91-100.

回答：半七

编辑：yrLewis

从物理学角度分析，一只蚂蚁从万米高空落下，会摔死吗？

既然是从物理学角度分析，就需要严谨一点。

其实这个问题并不难解决，只需要看看蚂蚁在下落的过程中经历哪几个过程就可以了。

先拿一个足球举例子，往上抛一个足球，足球在下落的过程中会受到两个力，空气阻力和自身的重力。自身的重力是很恒定的，所以关键看空气阻力有多大。

空气阻力与足球速度有关，速度越大，阻力就越大。

所以，总体来讲，足球在下落的过程可以分为两部分。最开始足球速度不快，受到的空气阻力并不大，远小于足球的自身重力，所以足球会不断加速。

由于速度越来越快，阻力就越来越大，到某个临界点，阻力与重力相等，足球就不再加速，而是保持匀速下落。

也就是说，只要下落的高度足够高，最后的速度都会是一样的。就拿蚂蚁来讲，从一万米高空与两万米高空下落，最终的速度肯定是一样的。

来说说蚂蚁。

上面所说的“速度越快，阻力就越大”是没错，不过阻力大小与物体的横截面积也有关系，面积越大，物体受到的阻力也就越大。比如说降落伞的原理就是如此，巨大的横截面可以制造很大的空气阻力，保证人的安全。

还有就是天上漂浮的云，一朵云的质量可能高达几十万公斤，为什么还能漂浮在空中呢？

因为大片的云实际上都是由微小的水珠组成的，由于水珠太小，最终的下落速度非常慢，也就是阻力与重力达到平衡时的速度非常慢，大气的热对流产生的力量足以托起小水珠，所以云就不会掉下来。

而蚂蚁体积非常小，就像小水珠那样，最终的下落速度非常慢，坠落到地面也不会发生什么危险，更不会摔死。

实际上，由于蚂蚁下落的最终速度很慢，以至于蚂蚁从万米高空落下，与在10米的空中落下，最终的速度都是一样的，没有什么区别。

我们肯定知道，你从10米高的地方把蚂蚁扔下来，肯定是摔不死的。

当然，以上的分析都是理想情况，实际情况要复杂得多。万米高空下落过程中会遇到各种空气对流方式，正如小水珠那样，蚂蚁有可能一直不会落到地面，最终有可能被饿死，或者被高空的低温冻死。

但只要落到地面之前是活着的，肯定不会摔死。