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人类从高空自由落体时的速度真的能超过音速吗?

更新时间:2022-07-27 20:33:28作者:admin2

如果象题目说的那样,只针对“自由落体”来进行讨论的话,超过音速是必然的。

所谓自由落体,意思就是说忽略除了重力以外的其它外力,只考虑受重力加速度影响的运动——如果初速为零,则会直线下降;如果初速非零但没有水平分速度,则有可能是直线往返运动;如果存在水平分速度,则将沿着一条抛物线运动。

显然,在地球大气层以内(忽略高度引起的重力加速度的变化时),在恒定的重力加速度的作用下,初速为零的自由落体(人体或者其它任何有静质量的物体)将很快达到超音速。在这期间内下降的高度可以根据牛顿第二定律很轻松地计算出来,数值很小。

假设自由落体的初速为零,试取重力加速度为g=9.8m/s2,并取(在常温常压的大气条件下)音速为a=340m/s,则根据h=a×a÷(2g)的计算公式,算出达到音速所下降的高度h=5898米,还不到6公里。这个降落高度差值还没有珠穆朗玛峰的海拔高度(这里暂取为8848米)来得更大。显然,要在自由落体条件下达到超音速,在地球大气层之内就能实现。

但是,真实的落体运动下,从高空坠落的人员一般是不会超音速的。为什么计算跟现实会出现这种差异呢?毛病就出在“自由落体”这个物理假设上面。

自由落体其实是一个很理想的物理概念,因为它完全忽略了空气阻力。当空气相对稠密,速度也比较高的时候(比如接近音速),空气阻力的影响不可忽略,否则会造成很大的误差。但如果需要考虑空气阻力的话,这种落体就不叫成自由落体了,只能被称为实际落体。实际落体在空气阻力的影响下,受到的合加速度不再是一个定值,而是一个与速度有关的函数。落体运动速度越高的时候,空气阻力也越大,甚至会达到或者超过重力——这就使得实际落体不能得到持续不断的加速,无法达到较高的终速。

所以,如果按照实际落体这样的物理模型来考虑(即空气阻力不可忽略时),初速为零开始下落的人体一般是不会超过音速(除非你倒霉地遇上了一场龙卷风

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