趣味物理学
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6.延迟开伞的原因

说到“降落伞”,我不由得回忆起跳伞运动员纵身一跃的勇敢一刻。他们从大约10km的高空中跳出飞机,但是他们并不会立刻打开降落伞。而是在最后几百米才打开降落伞,缓慢地落地。

大部分人认为开伞前人就好比坠落的石头,是自由落体的。如果情况真的如此,那么降落伞运动员延迟开伞的时间肯定会比现在提前很多,而且最后达到的速度也要比现在更快。

不过,由于空气阻力的原因,速度的增加会受到阻碍。在延迟开伞的那段时间里,跳伞运动员只有在一开始的十几秒也就是最初的几百米内会增加下降的速度。随着速度的增加,空气阻力越来越大,增加的速度越来越快,很快跳伞者的降落速度就会达到最大值。之后这种运动便会从加速运动变为匀速运动。

我们可以用数学的计算方法将延迟开伞用绘画的形式表现出来。加速下落只发生在运动员从飞机上跳下来的最初12s甚至更短的时间内,如果体重略轻,时间还会更短。他能在短短的十几秒内下降400~500m,产生约50m/s的下落速度,之后在打开降落伞之前,他一直会以这样的速度匀速下落。

雨滴下落的过程跟跳伞类似,唯一不同的是雨滴降落的加速度只能维持约1s的时间,甚至少于1s,所以雨滴最后的下落速度并没有延迟开伞运动员的速度快,而是只有2~7m/s。雨滴的形状大小不同,速度快慢也会略有不同。