從萬米高空掉下來的螞蟻

劉慧

如果人從萬米高空掉下，卻不帶降落傘，恐怕會被摔死。可如果換成特別小的動物，比如螞蟻，它還會摔死嗎？

我們試想一下，螞蟻會受重力影響，做自由落體運動。從掉落的那一刻起，按照每秒加速度9.8米計算，在1萬米的高空，螞蟻受到的重力加速度約為每秒9.78米。在理想情況下，螞蟻下落時的速度會隨時間的增長而不斷提高，二者呈正比例關系，螞蟻在到達地表時，速度將達到最大值。通過計算可以得知，在只有重力的作用下，螞蟻從1萬米的高空掉落到海平面位置大約需要45秒，落在地面時最終速度為每秒441米。如果螞蟻以這樣的速度撞擊地面，那絕對會一命嗚呼。

可事情往往不像表面看起來那么簡單，除了重力作用，螞蟻還會受到空氣阻力和浮力的影響。這些能降低重力給螞蟻帶來的死亡概率嗎？

眾所周知，地球表面被大氣層籠罩，大氣密度和溫度會隨著海拔的升高而不斷降低。當地球海平面附近的溫度為15攝氏度時，空氣密度大約為每立方米1.2千克。而在1萬米的高空，大氣溫度降至零下50攝氏度，空氣的密度為每立方米0.4千克，僅為海平面附近空氣密度的三分之一。科學研究表明，物體的下落速度越快，它所受到的空氣阻力也就越大。

此外，物體所受到的空氣阻力還與它的迎風面大小有關。因此，當物體的下落速度越快，物體所受到的阻力也就越大。但當物體受到的重力和它所受到的阻力保持平衡時，物體將會保持勻速下降。比如，我們熟悉的降落傘就是通過增大迎風面來增加空氣阻力，從而實現減速。螞蟻的迎風面估計在20平方毫米，且身體不是流線型，下落時受到的阻力比雨滴受到的阻力還要大一點。

當螞蟻下落達到一定速度時，它受到的阻力就會與重力保持平衡，那么螞蟻的速度就不會再繼續提高。不管是1萬米的高空還是1千米的高空，螞蟻最終落到地面時的速度都是一樣的。

據估計，螞蟻掉落時的平衡速度大約為每秒10米，也就是說，螞蟻從1萬米高空落到地面大約需要15分鐘。由于螞蟻質量小，撞擊地面時的動能僅為0.003焦耳，這么小的撞擊能量對螞蟻根本產生不了任何危害。一只螞蟻的平均體重通常不足0.05克，那么它受到的重力影響就很小。按螞蟻的質量0.05克計算，根據G=mg計算可知，一只螞蟻大約受到0.00049牛頓的重力作用。

由于體重極輕，螞蟻在下落時很快就能達到平衡點，速度也不會很快。據估算，在1萬米的高空，螞蟻下落不到10米后就能達到平衡。螞蟻的身體結構比較特殊，具有外骨骼和強韌的肌肉，可以搬起重于自身百倍的物體，能夠承受很大的沖擊力，也就是說，螞蟻比人類更耐摔。最終，螞蟻到達地面時并不會被摔死。

看到這里，我們也許松了一口氣，但實際上，可憐的螞蟻存活下來的概率十分渺茫。因為在1萬米的高空，溫度低至零下50攝氏度，螞蟻極有可能會被凍死。此外，平流層的風較大，螞蟻很有可能會被風吹入大海中淹死。受上升氣流影響，螞蟻還有可能長時間在空中飄浮，最終餓死。因此，從萬米高空掉下來的這只螞蟻雖然摔不死，但最終還是死路一條。