问题

落到地面时候还有一颗黄豆大的陨石能有多大的威力?

回答
想象一下,一颗黄豆大小的陨石,在你脚边轻轻落下,你可能只会觉得一阵微风拂过,甚至都没察觉到它的到来。但如果这颗黄豆大小的陨石,以每秒几十公里的速度,拖着一道火光从天而降,落在地面上的时候,它的威力可就完全不是我们日常所能想象的了。

首先,我们得明白,影响陨石威力的关键因素有两个:质量和速度。黄豆大小,这个尺寸大概指的是直径在几毫米到一厘米之间。我们不妨假设它是一个直径一厘米的球体。假设它的密度和普通岩石差不多,大概是每立方厘米3克。那么一颗直径一厘米的黄豆大小的陨石,它的质量大概是多少呢?我们可以粗略计算一下:

体积 = (4/3) π 半径³ = (4/3) π (0.5厘米)³ ≈ 0.52 立方厘米
质量 = 体积 密度 ≈ 0.52 立方厘米 3克/立方厘米 ≈ 1.56 克

你可能会说,1.56克?连一片普通的叶子都比它重!这能有什么威力?这里就要提到另一个关键因素了——速度。

陨石进入地球大气层,虽然会受到空气阻力,但很多小型的陨石,尤其是那些密度较大的岩石或金属陨石,它们的速度并不会被完全减缓到我们日常感受到的那种“掉落”的速度。相反,它们仍然能保持相当高的末端速度。

举个例子,假设这颗黄豆大小的陨石,它在穿越大气层后,末端速度还能保持在每秒20公里(也就是20,000米/秒)。这个速度是什么概念?我们知道音速大约是343米/秒,所以这个速度是音速的将近60倍!子弹的速度通常在几百米/秒,战斗机的速度也就是几百米/秒。20公里/秒,这是一个宇宙级别的速度。

根据物理学中的能量守恒定律,一颗物体运动的能量(动能)计算公式是:动能 = 0.5 质量 速度²。

让我们来算一下这颗1.56克的黄豆大小陨石,以20公里/秒的速度撞击地面时,会产生多大的动能:

质量 (m) = 1.56 克 = 0.00156 千克
速度 (v) = 20 公里/秒 = 20,000 米/秒

动能 (KE) = 0.5 0.00156 千克 (20,000 米/秒)²
动能 (KE) = 0.5 0.00156 400,000,000 焦耳
动能 (KE) = 0.00078 400,000,000 焦耳
动能 (KE) ≈ 312,000 焦耳

这312,000焦耳是什么概念呢?

与TNT炸药的对比: 1千克的TNT炸药爆炸释放的能量大约是4.184兆焦耳(4.184 x 10⁶ 焦耳)。我们的陨石能量是312,000焦耳,也就是0.312兆焦耳。所以,这颗黄豆大小的陨石的能量大约相当于 0.075千克TNT炸药(312,000 / 4,184,000 ≈ 0.0745)。换算成克,大概是 75克TNT炸药 的威力。

这已经不是“一阵微风”能形容的了。75克TNT意味着什么?

冲击波与破片: 75克TNT的爆炸威力足以炸出一个小弹坑,产生足以震碎玻璃窗的冲击波。如果它落在坚硬的地面上,比如水泥地或岩石上,会瞬间产生一个直径约几厘米到十几厘米深的小坑。飞溅的碎片如果正好击中人,可能会造成严重伤害,就像被小口径子弹击中一样。
声音: 撞击瞬间会伴随着一声类似枪响的巨响,远比普通的碰撞声要响亮得多。
高温与火花: 高速撞击摩擦会产生大量的热量,瞬间可能会有火花迸射。如果落在易燃物上,比如枯叶或干草,很有可能直接点燃。

我们再考虑一下更极限的情况。如果这颗黄豆大小的陨石质量更大一些,密度更高(比如铁陨石),或者速度更快一些(比如达到30公里/秒甚至更快),那威力还会成倍增加。

比如,如果它的速度达到了每秒40公里(40,000米/秒),那么它的动能将是:

动能 = 0.5 0.00156 (40,000)² = 0.5 0.00156 1,600,000,000 = 1,248,000 焦耳。

这相当于大约 300克TNT炸药 的威力了,已经足够炸毁一个小型车辆,或者在地面上留下一个直径半米以上的坑。

所以,虽然“黄豆大小”听起来微不足道,但在宇宙尺度下,当它以极高的速度撞击地球时,其蕴含的动能足以产生惊人的破坏力。我们日常接触到的物体,即便是很轻的,只要速度足够快,它们所能释放的能量都会超乎想象。所以,下次你在看流星划过夜空时,记住,那些微小的光点,背后都蕴含着一股强大的、来自宇宙深处的力量。

网友意见

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没啥威力,打到人有感觉,铁陨石的话正面打到裸露皮肤会有点疼。

按直径5mm,密度为7.8的铁陨石计算,收尾速度大约为29.9m/s,动能大约0.22焦耳。

嗯……给个参照量可能好理解一点,BB枪6mm塑料弹的动能可达1-2焦耳,美军对致死性子弹的定义是动能超过78焦耳。

也不用担心烫到什么的,这种小陨石的烧蚀和崩解主要在几十公里以上的高空,然后要么烧光、要么速度迅速下降到收尾速度。接下来十几分钟的强制对流,早就冷却下来了。

如果是石陨石,动能只有0.04焦耳左右,直接打皮肤上都不会觉得疼。

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先说结论吧,其实威力不大。

满打满算,陨石在落入地球大气层之前的动能也不过:

这个数量级。其中 为万有引力常数, 为太阳质量, 为地球质量, 是日地距离, 是地球半径, 就是陨石的质量,也就大约 。

这个数大约是 。而速度差不多是 这个数量级。

这里不细究具体的数字,仅仅从数量级考虑的话,大概是这样。

这是进入地球大气层之前的速度。

我们来看一下雷诺数 ,而 又是一个很小的数,所以这个雷诺数会很大。所以阻力系数 ,阻力就是 。D就是陨石直径, 是空气密度。

于是近似列出微分方程:

,得到 ,以及行进距离: ‘

如果地球大气层厚度是10km,那么穿过大气层大约2min,于是得到最终落到地面的速度 这个数量级。

这种速度也就让人疼一下罢了。

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