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猫有九条命,有时辰这个比方恰如其分,你可能也看过,一只猫从高空落下,然后喵了一声就跑了的视频 。
若是你养了一只家猫,你不会担忧这个顽皮的家伙在阳台边缘跑来跑去,因为从低窗户失落下来的猫可以操纵它们的竖立反射,双脚着地,就像什么都没发生一样 。
不外,从更高的楼层坠落,他们可能就没那么幸运了 。 但工作和你想的可能又纷歧样,从超高楼层失落下来的猫却可以存活 。
在1987年美国兽医学会的期刊上,颁发了一篇对纽约132例猫被人从高楼扔下的事务进行研究的论文 。
研究成果显示:在7楼以下,猫被扔下的楼层越高,猫受到的危险越大;可是7楼以上,猫受危险的概率反而大大削减 。
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这似乎有点违反常理,一只猫从更高的处所失落下来,怎么可能有更大的保存机遇呢?
谜底取决于两件事:空气阻力和表不雅质量 。
当物体下落时,有两个力感化在物体上 。 有一个标的目的下的重力,它既依靠于引力场(地球上9.8 N/kg),也依靠于物体的质量 。
另一个力是空气阻力 。 空气阻力跟着物体的速度而增添,而且跟着物体的活动而老是标的目的相反的偏向鞭策 。 假设物体只标的目的下活动,则y偏向(竖直偏向)的力之和为:
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图为:下降物体受力公式
对于空气阻力,ρ是空气的密度,A是物体的面积,C是取决于外形的系数 。
你可以看到,当物体刚起头下落时,速度为零,所以总力为- mg(就像自由落体一样) 。
还有一点要注重:我可以估量猫的横截面积,可是阻力系数会有点坚苦 。 当速度增添到合力为零(重力和空气阻力均衡)时,物体将以恒定的速度活动,我们称之为末速度 。
可是你怎么知道一只猫从楼上失落下来时的速度呢?
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这不是一个简单的问题,因为合力跟着下落而转变 。 现实上,求速度的独一方式是建立一个数值计较 。
经由过程数值计较,该活动被分化当作很多小的时候步长 。 在每一个时候步长中,力都是近似恒定的,这样就可以计较出活动速度 。
时候步长越小,计较越精准 。 可是,你需要的计较时候就更多,
也更多 。 现实上,独一可行的方式是利用计较机程序 。
我们不知道所有的值,所以要估量一些量(好比猫的质量和面积),下面就是一只猫从一个很是高的高楼(100米)上失落下来的数值模子 。
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图为:下落的猫高度随时候转变的环境
注重,红色的曲线是没有空气阻力的物体坠落环境,这是抱负的恒定加快度 。 然而,因为空气阻力的增添(黑线),猫的速度会跟着时候的推移而遏制增加 。
可是这个图并没有诠释为什么中心的下降距离比更高的下降距离更危险 。 那么关于撞击速度与下落猫的肇端高度的关系图呢?经由过程上面那个图可以反推过来猫在各个高度时的速度 。
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图为:下落的猫在分歧高度时的速度
从这个图中,你可以看到一个简单的成果,一个更高的下降导致一个更大的冲击速度 。 是以,单凭空气阻力无法诠释为什么中等水平的坠落比高空坠落更危险 。
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