[郭哥聊科学]能不能砸死人？，再议：一滴水从万米高空自由落下前几天的一篇文章《物理思维：一滴水从

前几天的一篇文章《物理思维：一滴水从一万米的高空落下，能不能砸死人？》引起了一些争议，其中最主要的是对综合分析那段中， “如果一滴水从万米高空中自由坠落（无空气阻力）情况下，到达地面大约为1.5倍音速，不能致人死命，也会伤到人” ，这个结论有很多的异议。由于前文主要是对空气中雨滴下落过程的分析，所以并没有对真空中雨滴下落进行详细分析，在此做一个补充说明。

文章图片
图一、图片来自网络，侵删
一、真空中雨滴的状态
有很多小伙伴在留言中表示， “真空中，雨滴会在下落过程中完全蒸发掉，不会掉落到地面” ，其实只说对了一半，外部压强确实对水的状态有巨大的影响。让我们先来看下面这张水的相图（图二）。

文章图片
图二、水的三相状态图
将一滴水放在一个巨大的真空中，我们可以认为这滴水是处在一个开放的真空当中。大家要注意一下，讨论任何一个物理问题，前提条件非常重要，因为条件变化了，物理过程也会随之变化。
压强的确会影响水的凝固点，这点可以从水的相图中直接得到。水的固态、液态、气态就是三种相。相图就是在一个坐标系中将固态、液态、气态对应的区域区分开。坐标系的横轴表示温度，纵轴表示压强，不同温度和压强下水是固态、液态还是气态就可以直接在相图中得到。

文章图片
图三、大气中的小水滴聚集成云
图二中，土黄色区域代表固态，绿色区域代表液态，蓝色区域代表气态。从图二中可以看到，当温度低于一定值（251.165K）时，不论外界压强是多少，水都不会以液态的形式存在。当压强低于一定值（611.73Pa）时，不论温度是多少，水也不会以液态的形式存在。在更低压强及更低温度下，水只能以固态的形式存在。
也就是说，当外部压力足够小，小到接近零；外部温度足够低，低到接近零的时候。这滴水会突然进入到一种气态、液态、固态共存的状态。再说得通俗点，就是水会一边沸腾一边结冰。

文章图片
图四、冰雹
二、那么水会都蒸发掉吗？
并不会，而是只能以固态冰的状态存在。这是因为水的蒸发或者是升华都会带走热量，从而导致剩余的那部分冰（水）的温度进一步降低，从而减慢蒸发或者是升华的速度。所以一个小冰晶完全变成气态的过程会很漫长。
可能有小伙伴们看到这里会说，老郭，你说这些都是理论上的，有什么事实上的证据吗？这个还真有。在太阳系海王星之外的柯伊伯带以及更远的奥尔特云有大量的冰块。我们偶尔能看到的彗星其实也是类似的冰块组成的，它们在宇宙中穿梭了几十亿年仍旧没有完全蒸发掉。

文章图片
图五、流星冰核
这些由冰组成的天体之所以能够保持固态是因为它们满足成为固态冰的条件：那里是一片黑暗寒冷之地，同时外太空中压强几乎为零。水在这样的环境下只能以固态冰的形式存在。
三、万米高空自由下落水滴速度的计算
这个计算就很容易了，任何一个高中理科生都会。在做计算前，我们还是要先强调一下前提条件，真空中自由下落的水滴。这样问题就简单了，因为作用在水滴上的力只有重力。我们可以利用公式v=（2gh）^(1/2)进行精确计算。