雨点下落有何规律

题目

雨点下落有何规律
大雨点下落快,还是小雨点下落快?

答案

雨点下落的秘密
阴云密布,电闪雷鸣.下雨了,有时是毛毛细雨,有时是倾盆大雨.那么有一个问题：各种雨点落地的时候,它们的速度一样吗?大雨点快还是小雨点快呢?这个看起来很简单的问题,却有几种不同的答案.
第一位说：“肯定大雨点落得快,雨点个大重量大,受到的重力就大,速度就快呗!”
第二位不同意：“大小雨点速度应该一样快.物体自由下落的速度和它本身的重量没有关系呀,伽利略早就用实验证明这一点了.”
第三位却说：“自由落体的速度是和时间成正比的,从云层高处落下的雨点比从低处落下的要快.”
第四位说：“还必须考虑空气阻力的影响,轻的东西受到的阻力小,好像应该是小雨点落得快.”
你看,竟然有四种答案!仿佛都有些道理,可是一个问题,不可能有互相矛盾的四个答案呀.那么,你认为谁的回答是正确的呢?
要弄清这个问题,我们还必须从最简单的物体下落速度说起.16世纪以前,一般学者都认为：轻重不同的两个物体,从同一个高度下落,一定是重的物体先落地,而轻的物体后落地.当时有名的学者亚里士多德就是这样主张的.年青的伽利略却不轻信,向权威提出了挑战,在他26岁那一年,他登上了意大利的比萨斜塔,从50多米高处让同样大小的铅球和木球同时下落,铅球要比木球重20倍,按照当时说法,铅球下落的速度要比木球快20倍,可是实际上,两个球差不多同时落地.从此,伽利略利用实验推翻了原来错误学说,提出了新的学说：“不同物体从同一高度自由下落,运动情况与它们的重量没有关系,都是匀加速运动.这就是第二位说到的伽利略著名的“自由落体实验”,比萨斜塔从此成为著名的旅游胜地.但是“自由落体运动”是有条件的,就是不考虑空气阻力!然而,自然条件下还是存在着空气阻力的,所以第四位提出必须考虑空气阻力,也有一定的道理.那么,什么条件不可以忽略空气阻力呢?第一是落体的高度不太高；第二是物体的重量比较重.前面讲到的伽利略比萨斜塔实验,高度不太高,只有50多米；用的两个球(铅球和木球)都比较重,空气阻力的影响不够明显,因此两个球几乎同时落地.可是如果仔细辨别,两个球落地的时间还是有一点差别,铅球比木球要早一些,因为空气阻力对比较轻的木球影响大一些.
如果物体是从几百米上千米的高度落下来,空气阻力就必须考虑了.这时物体的运动情况比较复杂,在物体开始下落的一段时间内,速度越来越快,空气阻力也随着速度的加快而急剧增大；当速度大到一定程度时,空气阻力可以大到和物体的重力平衡(重力是一个固定数值,就是物体本身的重量),使落体速度不再增加,物体就以这个时候的速度匀速下落,而不是加速下落了.这个时候的速度就叫做“终极速度”.多么“奇怪”的结论啊,从天而落的物体,这时居然是“匀速”运动!
不同物体的“终极速度”并不相同,比较轻的物体,受到空气阻力的影响大一些,它会早一些达到终极速度；比较重的物体,受到空气阻力的影响小一些,它会晚一些达到终极速度.我们知道,自由落体的速度是和时间成正比的,晚一点达到终极速度的物体,它的终极速度比早达到的要大,换句话说,就是重量越大的物体,终极速度越大.
现在,我们回过头来分析雨点下落的情况,就可以把问题讨论得清楚一些,从而得出正确的结论.雨点都是从几百米甚至几千米高空落下来的,空气阻力对它们的影响是十分明显的.不论是大雨点还是小雨点,也不管是从多高的乌云上落下来的,在降到地面以前,都早已经达到自己的终极速度了.所以雨点下落的“高度”对它们落地速度没有影响.而终极速度只和重量有关,大雨点重量大,它的终极速度就大些.最后得出的结论是：第一,雨点落地的时候都是匀速运动；第二,大雨点的速度比小雨点的速度快!文章开头第一位的答案是正确的.
气象学家经过细致的测量,获得一组雨点落地时速度的数值如下：雨点直径为0.15毫米的毛毛雨,落地速度是0.5米/秒；雨点直径为1毫米的小雨,落地速度是4米/秒；雨点直径为2毫米的大雨,落地速度是6米/秒；雨点直径为3毫米的暴雨,落地速度为8米/秒.看来,雨点落地的速度大体上是与直径成比例的,毛毛雨的速度只有普通雨的1/10,一般小雨的落地速度仅是暴雨的一半.当空中水滴的直径小到几微米时,落地速度极小,数值几乎等于零,那就不是雨而成了雾.