當雨滴撞上擋風玻璃

文- 豬的米

很多人都有雨天行車的經驗，那么，你是否知道，在下雨天汽車要開多快才會讓雨滴砸碎擋風玻璃？

答案是：要非常非常地快。

雨滴的速度有多快

我們知道，水在4攝氏度時體積最小、密度最大，約為1×103 kg/m3；空氣在0攝氏度及一個標準大氣壓下的密度約為1.293g/ m3。也就是說，水的密度遠比空氣大。但由于雨滴的體積很小，遠遠小于周圍空氣的體積，因此，就算天空下的是傾盆大雨，空氣中的水的重量也要小于空氣本身的重量。所以，即使雨滴的下落速度非常快，僅僅憑它們那微不足道的動能也不足以打碎擋風玻璃。

但凡事并不絕對，雖然在正常情況下，雨滴根本不會對擋風玻璃造成損害。不過，它們確實能打破超音速飛機的擋風玻璃。

當一顆雨滴以高速撞上玻璃表面后，一道沖擊波會反向通過雨滴內部；當多道沖擊波相遇后，會產生一系列極其復雜的反應。

正常情況下，這些沖擊波的傳播速度與聲音在液體里的傳播速度相當——約為1300米/秒，是聲音在空氣中傳播速度（當溫度為15度時，聲音的速度為340米/秒；溫度每上升/下降5度時，聲音每秒的速度上升/下降3米）的4倍。然而，當撞擊速度 非常高時，沖擊波的傳播速度要遠遠大于水中的聲速。

當雨滴撞向擋風玻璃時，雨滴會被玻璃表面和后來的雨滴前后夾擊，于是會向各個方向發生噴濺。

這些噴濺出來的水滴的速度，比本來已經超音速的雨滴的速度更快，甚至還要快過我們剛才提到的沖擊波的速度。

當雨滴以500米/秒的速度撞擊某一表面后，從接觸點飛濺出來的水滴速度超過6000米/秒——相當于音速的18倍。這些沖擊波產生的沖擊，足夠震碎玻璃

飛濺的水滴會撞碎擋風玻璃嗎

那么，這些噴濺出來的水滴是否能撞碎擋風玻璃呢？

國外的一篇論文模擬了雨滴以500米/秒的速度（相當于音速的1.5倍）撞擊某一表面后的現象，結果發現從接觸點飛濺出來的水滴速度超過6000米/秒——相當于音速的18倍。

這些沖擊波產生的沖擊，足夠震碎玻璃。

同時，沖擊波產生的最大壓強會出現在雨滴邊緣的擋風玻璃周圍，但持續時間只占撞擊時間的很小一部分。

除了撞擊直接產生的壓強以外，向四周飛濺的水滴也會對擋風玻璃造成損害。如果材料內部有微孔、裂縫或凸起，四濺的水滴撞上后會產生更多的新裂紋或使得已有的裂紋變寬。

當然，就算速度再快，雨滴僅憑一己之力并不能在玻璃上鉆出一個彈孔來——但是，一連串的超音速雨滴會像沙子一樣開始不停地啃噬玻璃表面，使它產生新的裂紋和凹坑（這種類型的“腐蝕”也會對蒸汽渦輪機的葉片造成損壞）。到最后，擋風玻璃還是要乖乖舉白旗投降。

所幸的是，普通的汽車沒法在不脫離地面的情況下開到1馬赫（1馬赫=340.3米/秒），所以在平常的雨天開車，擋風玻璃還是很安全的。但是，如果你膽敢開車經過一個有著強烈上升氣流的雷暴云團的話，不管你開多快，降水（冰）都會狠狠地砸碎你的擋風玻璃。

所以，結論是：雨滴通常不會撞破擋風玻璃，但當雨滴的速度非常高時，就會出現截然相反的結果。