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一滴水如果從足夠高的地方落下,能不能打死人?

問題確實是認真問的,問這個問題以前我是以為能打死人的,大家說的也對確實是高二生。
謝謝認真回答的所有用戶,關於這個問題是自己思考不周到。
...................
原樓主的問題問完了,我來補充一個疑問:
加個條件:在忽略空氣阻力的情況下的,一滴水如果從足夠高的地方落下,能不能打死人?


原因一:樓上們都在說的空氣阻力導致收尾的速度有限的原因。別人說過的我不多說,這個「終端速度」的計算方法是大學物理第一章的內容。
原因二:水滴是會碎的。
假設水滴的直徑為d,那麼水滴受到的重力會和d^{3} 成正比;而水滴受到的阻力與d^{2}cdot v^{2}成正比,這麼一看其實是水滴越大最終的速度越快,而且能量也更大。看起來好像可以砸死人?

使得水滴保持完整的力是表面張力,20℃下水的表面張力為72.8mN/m。以下雨來類比,雨滴的收尾速度大約是8~9m/s,估算得能維持完整形態的雨滴直徑大約為4mm。
實際上測量雨滴最大直徑不超過5.5mm,直徑超過5.5mm的雨滴會變形碎裂。

另外告訴樓上:砸不砸得死人,最主要是衝量,不是動能。

其實硬要用水滴砸死人也是可以的,比如這個:

再比如這個:

另外摺疊區有個人說降水的雨是從萬米高空落下來的,我不懂氣象常識啊,不過查了一下貌似能形成降水的幾種雲層高度都不高,普遍在4000m以下。


題主,你也許需要的是這個帶趣味、專業性的答案。

我只是一個小小搬運工,看到題主這麼有趣的題目怎麼也需要一個好回答來配這題目呀,就像好馬配好鞍,看下面的答案,題主你也許會腦洞大開。

首先聲明哦:這篇文章來自於微信公眾帳號「NASA中文」,如有興趣,你們可以自己關注下。

以下為原文:

有一個相當古老的段子是這麼說的:

為了漲姿勢,我加入一個物理博士群,見到有人問:一滴水從很高的地方落下來,會不會弄死人?
群里一下就熱鬧起來,各種公式,各種假設,各種阻力,重力,加速度的討論。
一小時後我默默的問了一句:你們沒有淋過雨嗎?
群里,突然死一般的寂靜……然後,然後我就被踢出群了……

顯然這個段子只不過是用來嘲笑高學歷人缺乏常識的。道理我懂了,但水從高處落下來,到底會發生什麼呢?

第一種情況:水(僅限液態)在地球上不經人類任何干預而掉下來。

滿足這一情況,只能是降雨。

所謂降雨,就是高空雲層中凝結的小水滴,因為重力超過了氣流承載力,而落下來。氣流承載力並不很大,所以雨滴也沒辦法變得很大;就算有些雨滴能夠變得稍大一點,下落過程也會很容易讓它分崩離析。

其結果就是,雨滴很快就會因為空氣阻力而抵達所謂的「終末速度」——重力和阻力平衡,不會再加速。在密度和形狀不變的情況下,重力和長度三次方成正比,但阻力只和長度二次方成正比——所以粗略說來,越大的物體終末速度越快。雨滴直徑通常不過幾毫米,5毫米雨滴重量不過0.1克,終末速度大概在9-13米/秒,和自行車最大速度相當;再加上它只是液體,這點能量對人來說啥都幹不了。

所以大家盡可嘲笑我花了三段來講解最日常的常識——不過別得意太早,這篇文章才剛剛開始呢。

第二種情況:水(物態不限)在地球上不經人類任何干預而掉下來。

在自然環境下,顯而易見的場景是冰雹。

雖然冰雹的形狀和密度其實和水滴相差無幾,但它有一個大優勢:硬。硬度保證了就算較大的冰雹下落過程里也不會解體,還保證了它掉在你頭上的時候瞬間衝擊力比水大很多。大號冰雹直徑可以達到15厘米,重量達0.5千克,而落下來的時候其終末速度則可達到50米/秒以上(不過,因為碰撞和融化等原因,它不一定總能達到這個速度)。一塊0.5千克的冰塊,用手丟出去都能把人砸個不輕,何況以時速近兩百千米的速度撞擊人頭部呢?因冰雹而受傷甚至死亡的案例屢見不鮮,也不足為怪了。
其實還有一種更加可怕的場景,不過這裡我要賣個關子,留待後面再說。
第三種情況:水(液態雨滴大小)在沒有大氣層的地球上掉下來,不考慮蒸發。

從現在開始就不是無人類干涉的「自然」環境了,但原題也沒這要求對吧。

沒有大氣層又不計入蒸發的話,水滴終於可以實現真正的自由落體了。(如果考慮蒸發會怎樣?真空中水會立刻沸騰,但沸騰過程吸熱,結果是一部分蒸發掉、另一部分結成小冰塊,對於我們的結論沒有本質的區別。)它會一直加速,直到撞擊地面為止。如果它按照9.8米/秒^2的速度勻加速,那麼它想加到多快就有多快,別說幹掉一個人,就算殲滅整隻艦隊甚至毀滅地球也不在話下。誠然,稍有常識的人就會看出來永遠勻加速是不可能的——你不能突破光速。但這依然不影響我們獲得任意大的能量、毀滅任意大的星球和任意多的人。

不幸的是,我們限定了地球這個條件。離地球太遠,引力會變弱,加速度也會變小。其實牛頓早就證明了一個不是很符合直覺的結論:就算水滴距離地球是無限遠,它的最大速度也是有限的。

我們可以根據引力勢能公式E=-GMm/r進行計算,一滴水如果重量為0.1克,從無窮遠落到地面的時候能夠獲得大約6千焦的能量,換言之,它的速度大約是11km/s,差不多是第二宇宙速度——事實上,它剛剛好就是第二宇宙速度,分毫不差。因為第二宇宙速度的定義就是地球表面物體逃逸到無窮遠處所需的速度,這兩個物理過程完全是等價的。換了任何別的物體,真空中向地球自由下落,最大速度也一定是這個值。

可不要小看這個速度。當水滴撞擊平面的時候,會遭受擠壓,邊緣的水就會以更快的速度向外擴散,產生激波。有論文模擬了水滴以0.5km/s的速度撞擊平面,結果向外擴散的水流速度高達6km/s,其力度足以打碎普通玻璃。現在我們的初始速度是它的20倍,其結果可想而知。

或者換一個角度,AK47子彈出膛動能大約是2千焦,而我們的水滴是它的三倍。水滴雖然不是硬的,但也沒什麼彈性,而且速度比子彈快得多得多,所以絕大部分能量會在短得多的時間裡傳遞給頭骨。重傷甚至死亡應該是妥妥的事兒。

但是我們當然不能就此知足了,所以:

第四種情況:水(液態大小不限)在有大氣層的地球上掉下來。

呼,大氣層回來了。但別高興得太早。
如果你從空中潑一桶水下去,那麼其殺傷力和一滴水沒有本質差異,因為氣流等因素會把這桶水再撕裂成水滴。但是如果你潑的是一游泳池、一湖甚至一大海的水,那麼就沒有足夠的時間分散開來,其結果將是毀滅性的。

網路漫畫xkcd的作者蘭道爾·門羅(Randall Monroe)曾經計算過,如果夏天一場暴雨的所有雨水化作一個大水滴,那麼這個水滴體積0.6立方千米,重量6億噸(差不多是所有人類加在一起的總重量)。這坨水如果從雲的正常高度落下來,那麼落地瞬間速度大概是200米/秒。落地點的空氣遭到強烈壓縮,產生瞬間高溫,足以讓地上的草燒起來——所幸下一瞬間就會有巨量的水將野火熄滅在萌芽中。如果你不幸站在這個地方,你遭受的水壓將會超過馬里亞納海溝最深處。

你當然是死定了,但還沒完——記得上面提到的水滴撞擊時向四面八方產生的衝擊波嗎?現在方圓幾千米之內會什麼都不剩,二三十千米之內的建築也基本上都要玩完,再遠一點的地方可能會借著地勢倖存——如果他們沒有被接下來的洪水沖走的話。

那麼問題來了:能不能再給力一點。

第五種情況:水(物態大小均不限)在有大氣層的地球上掉下來。

有請彗星君隆重登場。

嚴格說來彗星不全是冰,裡面還有不少固體塵埃物質——但雨滴和冰雹里也有不少塵埃(不信來北京淋場雨)。而彗星的大小嘛,可就是動輒幾千米了。

當年舒梅克列維9號彗星被撕裂然後撞上木星的時候,最大一塊直徑大約2千米,速度約60千米/秒,撞出了一個大小相當於地球半徑的黑斑。6500萬年前一顆大約直徑10千米的小行星撞上了地球,造成了全球範圍內的集群滅絕,並且把恐龍全乾掉了。現在一顆普通彗星以相對較慢的速度(11千米/秒)掉下來,可能不至於那麼嚴重,但是炸平幾千平方千米、產生一個全球範圍核冬天、對人類經濟體系引發毀滅性打擊,差不多還是夠用的。

而我們已知的最大彗星,直徑可能有25千米,換言之其質量是舒梅克列維9號最大碎片的2000倍,就算速度是六分之一,總能量也有其50倍以上。
不過,還沒完呢。
第六種情況:水在太陽上掉下來。

對於一個邪惡科學家而言,這才是真正的好戲開場。

假如不考慮太陽大氣和溫度,那麼水滴落到太陽上的最大速度是617.5千米/秒——同時也是太陽表面的「逃逸速度」。比地球大很多,人在上面也會死得慘很多,不過在上面的人反正也已經死了,無所謂啦。

但水落到太陽上,還有別的效果。和地球不同,太陽是個巨大的核反應爐,它的燃料是氫,維持爐體穩定的是壓力和引力的平衡。如果太陽變大了,引力就會佔優勢,讓太陽燃燒得更加猛烈、同時壽命也變得更短——而往上倒一氧化二氫,正好可以達成這一目的。

所以,如果我們往太陽上倒水,那麼它會變得更熱,距離它的終結也更近。

倒的水如果多一點,地球上就會出現極其明顯的溫室效應,農業系統和海岸居住區崩潰,整個人類社會陷入混亂。

如果再多一點,強烈陽光帶來的硅酸鹽風化會把越來越多的二氧化碳鎖在岩石圈裡不再流通,短期內可能會緩解瘋狂的溫室效應,但長期下來將意味著大氣二氧化碳無法維持碳三植物的存活,整個地球生態系統崩潰。

如果再多一點,碳四植物也將消亡。

如果再多一點,海洋的蒸發將失去平衡,大量水蒸氣滯留在大氣中加劇溫室效應,最終地球表面將成為潮濕大溫室,海洋全部消失。如果此時生命還沒有全部滅絕,也只能在極個別的地方苟延殘喘了。

繼續多下去,太陽就會加速前進,最終成為紅巨星把地球吞沒——如果沒有這些額外的氫,地球還有一定概率逃過一劫,但倒了這麼多水上去之後,這一命運就無可避免了。

(邪惡行星科學家的終極夢想,誠招土豪資助一起毀滅世界,機不可失!)

然後,太陽會變成一顆超新星,最終也許在巨大的額外質量之下成為一顆黑洞。

所以:

第七種情況:一滴水在黑洞上掉下來。

從開始讀這篇文章,你就該想到肯定會走到這一步的。

黑洞很沉。非常沉。它是如此之沉,以至於當別的物體落向它時,會釋放出巨大的引力勢能,足以產生大量的X射線。氫原子核聚變放出的能量只有它靜質量的0.7%,而物體落入黑洞里放出的能量可以達到靜質量的百分之幾十。

和別的電離輻射相比,X射線算是殺傷力很低的了,譬如一次胸透帶來的終生癌症風險還不到百萬分之一(相比之下一個人正常過一輩子得癌症的概率就有三分之一)。但是黑洞帶來的X射線量極其巨大。低質量X射線雙星幾乎全部能量都以X射線形式釋放出來,所以往上滴一滴0.1克的正常水滴,近似相當於把水質量幾分之一轉化為等效能量,再把這些能量以X射線形式全打出去——這差不多是10^12焦耳。更糟的是,這些X射線能量較低,是穿透力有限的「軟」X射線,照進人體只需幾厘米就會幾乎被完全吸收。假如這麼多能量被一個人全吸收了,那麼足以把他汽化幾千遍;假如按照8戈瑞的「必死」輻射劑量估算,那麼這些X射線足夠殺死18億人。

是的,這就是一滴水從高處落下來,所能產生的最大殺傷力,需要的不過是一個黑洞在下面接著它。就算三體人的那個「水滴」能單挑整個地球艦隊,在這真正的水滴面前也不過是小巫見大巫。

這個故事告訴我們一個道理:千萬別和學物理的待在同一個群。

完。。。。。。。。。。。。。。

看到題主說自己錯了,我反而覺得他一點錯沒有,難得人家有這麼個好奇心,我們反而一棒子打死,對於一個有趣的題目,我們應該用發散性的思維來思考,就像上面的答案一樣,而不是固執己見。

再次聲明哦:這篇文章來自於「NASA中文」,有任何想法,請聯繫他們,以及上面有沒有錯誤,我不知道呢,懇請指出。


你淋過雨嗎?
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所有的評論我都看了,謝謝贊同的,也謝謝反對的,這裡統一回復一下。

其實我是考慮過刪答案的,因為老是有系統提示影響我關注的其他問題了,但我覺得這個問題代表了一類我不喜歡的問題------亂開腦洞
為什麼說是亂開,僅僅看原來的題目:
一滴水如果從足夠高的地方落下,能不能打死人
其實條件是比較足夠的,「一滴水」=1ml水的二十分之一左右,這個大家沒什麼意見吧?好像高中課本是這麼默認的,而且「一滴水」本身已經明確了水是存在的;然後「足夠高」和「落下」默認了有一個類似於地球下雨的參考系;「能不能打死人」倒是沒肯定一定有人,但是沒有人存在的話,我是不是可以說「不能」打死人,因為沒有人啊,好!我現在假設題主想問的是「如果有人能不能被打死」,現在開始開腦洞。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。


一、正常情況
參考下雨,那些說下雨不夠高的我就不說什麼了,你們身邊總有正常高中畢業的理科生吧,他們會比我說得更好。


二、開腦洞
在某個星球,擁有稀薄的大氣,極低的溫度,莫名其妙出現了」一滴水「,恰好這個星球大氣」足夠高「,在引力的加速下,稀薄的大氣(同時假設該大氣是低阻力係數而且不與水發生反應,反正是開腦洞無所謂嘛)無法提供足夠的阻力,那麼在合適的條件下(三相圖我不上了,有興趣的搜一下)這滴水可以以固體狀態以一個較高的速度(基本低速情況的速度可以隨意YY,反正開腦洞無所謂嘛)」落下「--------------------------」能打死人

三、終極腦洞
好吧,我們假設全宇宙只有地球存在,空間各處都是均勻的,而且為了響應問題補充的部分假設一種理想氣體:阻力係數為零,不可壓縮,不與任何物質發生反應,溫度和氣壓始終保持讓水維持可存在的液態,均勻充滿整個宇宙。。。。。。總之你可以把自己想像成上帝來YY

現在開始:在這個穩定模型中,宇宙中有且只有地球,地球是一個絕對均勻光滑的理想球體,這時在距離地球無窮遠的地方出現了一滴水(是的,是出現,別問我為什麼),引力是無限距離的,所以在引力的作用下,經過無窮遠距離的加速,因為沒有阻力,所以水滴的速度可以無限接近光速(如果你覺得這滴水會」碎「,那我們反過來想,是地球加速到接近光速撞上靜止的水,地球是理想球體,反正開腦洞無所謂嘛),一滴無限接近光速的水是什麼?

物質波

那麼撞上地球會發生什麼呢?
我不知道,因為不確定性原理,這個宏觀物質的位置與動量不可同時被確定,量子力學拿來YY我沒這個本事,因為我根本不懂,硬要YY的話,去看小說會爽很多的。

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PS:好吧,很多人說「地球」的引力不足以把水滴加速到光速,不過,如果真的是地球上的情況,請參考第一點:正常情況。下文已經是在開腦洞的情況YY了。好吧,我把「地球」定義為質量足夠大的星體,你理解為黑洞吧,哈哈,上面有個可憐的「人」,想想也覺得無聊啊。

開腦洞完畢,你覺得能得到什麼嗎?最開始只想快速結束這個問題,我是工科出身,我本能的想到的是可能存在的條件,所以我不覺得我是抖機靈,就這個問題本身而言,」淋過雨嗎「這四個字就夠了,能理解的不需要解釋,不能理解的解釋了也沒什麼實質性的作用,無意冒犯,但我只能說不能理解的要麼是知識基礎還沒到」一定「程度,要麼是根本不是這個方向上的,查表解釋了又如何?

最後

why so serious?


「淋雨」自然是好解釋。地球情況下就不多說了。

但看到排名第一的匿名用戶回答的腦洞,實在是無力吐槽。拜託開腦洞也不能滿嘴跑火車吧!
跟隨第一名答案的腦洞,會發生什麼?

1. 雨滴會加速到光速嘛?
拜託並非一直有引力就會加速到無限好不好?!引力勢情何以堪啊!
地球引力場V=-Gfrac{M}{r}
雨滴—— frac{1}{2}mv^2=-mV=frac{GMm}{r}
它撐到死,可以加速到
v=sqrt{frac{2GM}{r}}=sqrt{frac{2	imes6.67384	imes10^{-11}	imes5.972	imes10^{24}}{6.371	imes10^6}}
approx11.2	imes10^3quad	ext{m/s}
(均用SI單位)好熟悉的數字——對!這就是第二宇宙速度。確實,非常非常快。但是,差光速遠了去了好嗎!?
這個速度其實跟物體質量沒有關係的。完全是一個保守的勢能場的性質。

看官如果還看不明白,問「咦?水滴從無窮遠一直加速,速度不會越來越快么?」
麻煩自己算一下積分int^{+infty}_{R_	ext{earth}}-frac{GMm}{r^2}mathrm{d}r看看是不是收斂吧。哎,這年頭要是阿基琉斯還追不上烏龜那就見鬼了。

2.物質波!?
好吧,宏觀物質當然也有物質波。但答主你確定不是在戲弄路易·德布羅意公爵的智商?
一個質點的物質波的波長
lambda=frac{h}{p}=frac{h}{mv}=frac{6.626	imes10^{-34}}{0.0005	imes11200}approx10^{-34}quad	ext{m}
普朗克常數已經夠小的了,在加上巨大的動量,放心吧它可不會繞過地球衍射掉。不要亂YY嘛!

3.給地球加點質量?
答主後面又想給地球加質量。只有質量不夠的呀!看第二宇宙速度的式子,除了質量,半徑也很重要的哦。巨大的星際塵埃雲,質量甩地球不知道多少條街,也不見得把水滴加速到0.1c吧。當然如果耍賴到無限大質量,那沒得玩了!

4.黑洞?
好吧,再加上半徑,就做一個黑洞出來吧(就先不糾結還能不能算地球么?)首先,黑洞的情況,現代物理學/宇宙學家還沒搞明白呢,我們普通大眾也麻煩不要過度YY。我們還不清楚,進入到黑洞事件視界以後到底會發生什麼。所以如果水滴要「打擊」一個恰好在事件視界上的人——在那時水滴的時間流逝已經終結了——只有天知道

最後,why so serious?
只是希望開腦洞的時候,也能顯得專業一點。
看到眾人圍著一個漏洞百出的答案點贊,真是不開心!

希望還能被大家看到
PS:推薦一個專業級別的腦洞專家,就當舉個栗子吧 No-Rules NASCAR


不能,速度越高受到的阻力越大,達到一定的速度阻力和重量級速度持平,水滴是勻速運動的。
這樣理解吧,1000m和5000米的水滴,落到地上的速度是一樣的,動能不足以砸死人。


負責任的告訴你,《優化設計》高二物理的某一節有這個題,回去查一查吧!


水從足夠高的地方落到你頭上,不會死。
你從足夠高的地方落到水頭上,會死。


無聊致死~


少年的時候我腦洞也這麼大過。

不過顯然是不可能的。

因為有空氣阻力,那個和速度是二次方關係,所以空氣阻力會和重力平衡。

如果你真的試驗過的話,你會發現你理解的一滴水,在空中還是會散開。

樓上說在真空中的,不知道什麼是汽化嗎?



謝邀,你淋過雨嗎?


樓上已經有人說了,這裡再補充一下,隨著雨滴速度的提高,受到的空氣阻力也會越大,最終從加速運動變成勻速運動,這個速度的小水滴的動能不足以對人造成傷害。

其實,當一個人從萬米高空跳下來,和一個人從20樓跳下來,落地的速度是差不多的,有人算過這個速度,大約是120km/h,不算快吧?基本上所有車都可以輕易超過這個速度。但是人以這個速度接觸地面死的那是一個血淋淋啊。所以,這告訴了我們,開車一定要注意車速,不然一不小心就相當於跳樓了


樓主補充的地方是說如果水滴速度足夠快會怎麼樣。
這裡面確實必須考慮剛性的區別。水滴的變形過程,實際上就是緩衝過程,緩衝過程是減小接觸瞬間的作用力F的關鍵因素。正是因為緩衝過程,F才會降到較小水平,不會對物體產生破壞性作用。例如,在跳樓的人下方放一個氣墊,一個彈簧網,都是這個原理。
很顯然,水滴是個基本上可以隨意形變的物體,這決定了他的衝力力比較有限。因為當它接觸到你的腦袋頂的時候,基本上只需要改變它表面的一小部分的加速度就可以了。這導致它衝擊力會有限。還有一個就是水滴是不連續的。如果是連續的流體,它可以被集中加壓產生很大壓力,從而產生衝擊力。比如高壓水槍。

反方向的看,水滴不易加速,但一個人在低空跳水,受空氣阻力幾乎可以忽略不計,參看跳水運動,如果一個人橫著,以很大表面積碰觸水面,就會產生較大的合成衝擊力,因為沒有撕破水表面,而一瞬間要改變太多水的加速度了。所以會感覺啪的一下砸上去,估計也不會好受。比如你用手掌拍水面就可以感受了這種力量,而如果用手指很快的戳,基本感覺不到什麼阻力。而如果人的手臂腦袋砸下去,受到的衝擊就會小很多。因為被衝擊的水的部分比較小。

現實中水滴最主要受到的空氣阻力影響,使它的速度不能加速到很快,所以沒有威脅。


首先空氣阻力,這個不表。其次,即使在真空,水珠下落也會散掉。水滴是不能作為剛體對待的,從一個物體或容器滴下時,最底下那個點先做的落體運動,最上面那個點是最後做的落體運動,水滴垂直方向上每個不同的點之間都的落體起始時間是有時間差的,x=1/2g(t2-t"2),由此可見,隨著時間的推移,垂直方向上每個點之間的距離在變大,表面張力是阻止不了水珠分崩離析的產生的。
都怎麼解答的。。高中物理全逃課了吧?


委內瑞拉天使瀑布,落差979米。

注意看底部的水,已經汽化成水霧了,風一吹就散了。


重力會幫水滴加速,速度增加會提高水滴的空氣阻力。

重力不變,阻力增加,當二力平衡,水滴作勻速運動,不再加速。

速度恆定,水滴的動能不再增加,動量也不在增加。所以與頭碰撞時不會釋放足夠大的能量,也不會釋放足夠大的力。

這只是粗略認為水滴質量恆定,實際上水滴會凝結和蒸發,並非絕對恆定。

如果你將空氣和水滴都視作流體,分析就更複雜了~

但粗略地講,差別都未至於大到能砸死人~


三體中的水滴,砸穿地球都沒問題。。。摺疊吧。。。。


在真空環境下可以。
真空環境下,小水滴從足夠高的地方落下,這個足夠高的地方可以一直高啊高啊高到把這滴水看做一顆超小的小行星。然後他就能以很快的速度撞向你。在真空沒有空氣阻力的情況下你就會因為小行星撞擊而滅絕了~

有空氣阻力的情況下自然就是下雨而已啦。

----------------------補充-----------------------
真空狀態下不會形成水滴,因為沒有足夠的壓力使水維持液態。

首先,既然有知友 @李湛 提出應當在答案中修改以避免誤導,那麼本著嚴謹認真政策方針,這裡就修改一下。
但是,這個問題,很明顯地,關注的焦點是一個質點能不能獲得足夠大的動能,而不是水滴的形態,題主更希望收到的答案是關於收尾速度的簡單介紹。也正是如此,我當初在編輯這個答案的時候並沒有花幾分鐘時間來揣摩措辭,甚至這個答案在我看來其實主要只是抖機靈,但是又融入一點不抖機靈的成分,本意只是說顯然在地球上不存在真空環境使得你水滴會掉下來足以砸死你。


終端速度 聽過沒?


你這麼問考慮過傘的感受嗎……


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