科學分析:如果沒有降落傘,從飛機跳下,墜入海中會怎樣?

夏日消消氣


很多人都有一個觀念,那就是站得越高,摔得就越疼。這是一句至理名言,用在對權力上,但是物理學中卻不是這樣的。舉個簡單的例子。我們開車速度保持在100邁左右,這時,如果我們不在加速的情況下,你會發現汽車發生了緊急的減速。這就是阻力的作用,當速度越快,阻力就會越大。

同理,如果一個人從1萬米的高空掉下來的話,首先它在下墜期間會加速,並且它的重量和質量會成倍的遞增,但是隨著它的速度達到極限後,它開始慢慢的減速,這種減速就是阻力,阻力會讓它的速度下降到一個極限的水平,然後當它的速度下降後,阻力就會減小,這時候重力又會讓他加速下落,然後就這樣一直循環,直到掉到海里。

因此,從物理學方面來看,無論你從多高的空中掉下來,你最後和地面接觸的一剎那,釋放的能量都是相同的。不過我們也千萬不要小看這種力量,即使如此,從飛機上跳下來,和從十樓上跳下來是一樣的,都會被摔成碎片。雖然海洋是水構成的,達到一定的高度時,水產生的阻力會讓你落地的那一刻釋放出和陸地上一樣的能量!

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宇宙V空間


兔哥回答,這個問題需要看跳下來的高度了,雖然這樣的情況很難進行測試,也沒人會這麼做,但我們可以通過一些有關的類似運動進行分析一下。現在世界上有很多的極限運動愛好者,他們總是夢想能夠挑戰人類極限,例如,跳水的高度就一直想有一個突破。我們所認識的傳統意義的跳臺跳水高度是十米,而國際懸崖跳水聯合會規定,跳水高度一般為男子23至28米,女子18至23米,這也是目前人類從高處安全跳水的最高安全高度了。當然,這個高度是人類所能承受的,但不是任何人都能平安無事的從這個高度安全落下,而是經過嚴格訓練的專業人員,並且要保證雙腳先入水,否則會受傷。


這樣的高空跳水最高紀錄是61米,是一名專業跳水運動員跳出來的,並沒有成功,脊背受了傷,如果是普通人會受傷更嚴重。由此來看,從高空跳入海中能否生還要看高度,運動速度也是一個因素,我們知道轟炸機扔航彈時,航彈會有一個慣性速度,如果高度不高,還是有生存希望的,估計幾十米的高度還是有很大的生存希望的。有一部美國電影,就有一個老救援隊員為了讓同伴生存自己割斷了直升機上的繩子,當時的高度是八十米左右,而且是大風大浪,按理說這樣的風浪有利於生還,結果沒成功,可能是摔暈了結果掛了。我們可以分析一下跳傘運動,一名運動員從高空萬米處跳下,這個高度是客機的理想飛行高度,不過氣溫最低,約零下-60攝氏度,那麼他的下降速度屬於重力加速度,但並不是一直加速降落,這是因為下降速度快,空氣阻力也會增加。


當空氣阻力和自身重力達到平衡時,就變成勻速下降了,這時的勻速下降速度也叫終端速度,終端速度比重力加速度時要慢很多,據說此時的終端速度約54~-58米/秒。按照這個速度在接近海面的瞬間撞擊速度相當於大約200公里/小時的速度。這個速度基本就掛了,當然海水是水,不是水泥地,能不能起到緩衝作用呢?基本不可能,這是因為海水具有不可壓縮性能。我們可以舉一個例子,子彈的速度更快,但進入水中後兩米處就失去殺傷力。這裡有一個現象,速度越快,和海水的撞擊力越大,也就是阻力越大,速度慢了反而撞擊力減小,即便如此,約200公里/小時的速度也會導致死亡,人接觸海水的面積並不小。如果是一隻雞,撲閃著翅膀說不定還真能活下來,換成人肯定是掛了,人的五臟六腑無法承受這樣的撞擊,同樣也承受不了海水的撞擊壓力。


如果保持一定的姿勢,雙腳先入水會不會好點,其實很難做到,人在空中並做不到想怎麼改變姿勢就能改變,沒有外力作用根本就不可能。我們看過關於貓咪在空中能調整姿勢的電視,動物世界就曾經講過,具備這樣能力的動物大概只有貓咪等極少的動物才有這個本領,貓咪能自主翻轉身體,用四肢著地,人基本都是大頭朝下自由落體運動,兩條腿就像是尾巴,所以從高空落下的人基本都是趴著的,肚子朝下。空中下落氣流阻力很大,無法掌控,跳傘運動員也都是張開四肢,肚皮朝下,想保持兩腿向下來個跳“冰棍”沒有這個能力,除非經過嚴格訓練的人,一般的人是做不到的,只能是任氣流擺佈了。
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兔哥42928


人從10米高度落入水中,不管以何種姿勢入水,受傷的概率非常小,這也是為什麼競技體育跳水比賽最高也只有10米跳臺。如果跳水高度超過20米就叫做高空跳水,這是一項極限運動,是有一定的危險性的。

比如美國每年都會舉行高空跳水大賽,參賽者會從高達48米的平臺跳下,參賽者必須經過嚴格訓練及選拔。入水時跳水者必須保持身體緊繃和豎直的狀態。因為跳水者入水時的速度超過70公里/小時,只有這樣才能使入水受到的衝擊力降到最低。

墨西哥還有60米的跳水比賽,參賽前當然也需要經過嚴格選拔,據說每年能參加這項賽事的不超過20人。從60米高空躍下,入水時的速度會超過100公里/小時。以這麼高的速度入水,稍有不慎輕則骨折受傷,重則摔死。試想一下我們在泳池邊上面朝下或背朝下跳入水中都會感覺疼,更何況從這麼高的地方跳下。

水作為一種液體,當有物體掉入水中時,需要佔據一定的空間並排開一部分液體,在這一過程中必定伴隨著阻力。隨著物體入水速度的加快,液體排開時間也越來越短,這種阻力或者說反向加速度隨著速度的增加而急劇增大。10米跳臺入水時的衝擊力還很微小,最多會使人感覺有些疼痛;30米跳水,衝擊力就已經比較強了,入水姿勢稍有不慎就會受傷,因此高空跳水必須專業人士參加。如果高度再高的話,比如題主所說的從飛機上不帶降落傘跳入海中,入水時的速度高達兩百公里每小時,以這樣的速度入水其實和摔在水泥地上沒有區別了,只有死路一條。

記得以前有個國外的科學節目,來證實從高空掉入水中對人造成的傷害。節目用死豬來做試驗,分別用直升機將兩頭死豬從300米的高空拋向水泥地面和水面,然後再用X光檢查死豬的受傷情況。最後檢查結果發現,掉在水泥地上的死豬全身有200多處骨折,而掉在水面的死豬儘管骨折次數少於掉在水泥地面的死豬,但數量也達到100多處足以致命!


熊貓愛飛行


將會比子彈速度快,應有生命之危。因為到目前為止,人類海上飛機失事,尚無一起生還案例,其主要原因提現在以下幾方面:

首先是降落速度太快。假設我們飛機在10000m高空,如果不考慮人跳離機艙後的空氣阻力,從萬米高空跳落至海面大約需要45秒鐘,至海面的瞬間,速度達到了驚人的450m/s。六四式手槍配鉛芯子彈的速度是400m/s。就是說,落至水面時,您比子彈的速度還快。

其次,衝擊力太大。進入水面雖然不像在陸地上衝擊力那麼大,但依然不可小覷。假設我們在10秒鐘內速度降落至0,那麼,人體所收到的衝擊力將達到45倍的人體體重,相當於100公斤體重的話,有4.5噸的衝擊力作用於人體,必將體無完膚。

再有,低溫海水有了可能將人們凍壞。海水的平均溫度在17℃左右,隨著地區、季節的變化有所不同。如此低溫環境下,我們能堅持的時間非常有限。

最後,海洋動物、海浪、體力、能否游泳等疊加傷害,要躲過厄運,將會非常非常困難。

初步估計,還是別試了。


周博士


首先啊,空氣中有大氣的存在,所有有空氣阻力,一般人從飛機上跳下來,估計都是game over了,但是真的有人做到,這個哥們叫Luke Aikins,出生在一個跳傘世家,他爸、爺爺都是跳傘迷

7600米高空從飛機上跳下,不帶降落傘


有個哥們(Luke Aikins)創造了歷史,他從7600米高空從飛機上跳下,不!帶!降!落!傘! 能接住他的只有一張1/3個足球場大小的大網,他只能靠自己身體來控制自己降落的位置,撞入這張網裡。這是人類歷史上第一次,有人嘗試“無傘跳傘”,並且獲得成功!

為了讓哥們能安全降落,他們在地面上設了一張有1/3個足球場大小的大網,這張網就跟普通的漁網差不多,材質堅硬,又能防止反彈

順利入網!

整個過程僅僅持續2分鐘,接近每小時200公里,大約55.55米每秒

動能定理描述的是物體動能的變化量與合外力所做的功的關係,具體內容為:合外力對物體所做的功,等於物體動能的變化量。所謂動能,簡單的說就是指物體因運動而具有的能量。數值上等於(1/2)mv2

假如一個80公斤=80kg,然後根據動能定理 :55*55*80/2=121000J的能量,121000J焦耳即在121000N的力的方向通過了1M的距離,或在1N的力的方向上通過了121000米的距離,你就可以知道這個能量是多麼的恐怖


所以說啊,普通人以這個條件下,估計就是一灘肉泥了

海浪同學


這取決於飛機飛行的高度,如果距離海平面很近,當然墜入海中基本不會有太大影響,不過掉入海中之後究竟會怎樣就不再問題討論範圍了。鑑於飛機飛行高度一般在1萬米左右,所以這裡就假設從1萬米的高空跳下,然後落入海中,結果會怎麼樣呢?

很簡單,一個字:死!與直接落在水泥地上幾乎沒有任何區別!

不要被電視上那些跳水運動迷惑了,跳水運動最高的應該是10米跳臺吧,對於專業的跳水運動員來說,能很好地駕馭10米的高度,一般入水是都會很輕鬆。但即使是10米高度,如果你跳水的姿勢不對,也很可能會受傷。事實上不要說米高了,即使3米高,如果你趴著入水,你肚子也會很受傷!

世界上跳水高度最高的為61米,落水的速度達到35米/秒,雖然跳水者保持了正確的入水動作,當最終仍然受傷了,而且傷的不輕。

有人可能會問:為何會這樣?只要入水姿態保持正確不應該沒事嗎?

事實上,當落水速度足夠快時,水根本沒有時間吸收入水時強大的動能,水分子的張力根本得不到擴散,反作用力全部作用到跳水者身上,這種作用力是巨大的。說簡單點,由於速度過快,入水的一瞬間水平面基本上仍舊是平的,因為水不能被壓縮(正常情況下),這種水平面與水泥地沒有什麼區別。

平時我們跳水時,比如說在游泳池中跳水,由於高度非常有限,速度很慢,入水時,水分子有充分的時間得到擴散,不會把反作用力全部作用到我們身上。而從1萬米高空落下,到水面的瞬間速度可達到450米/秒,等於普通子彈的速度,如此高速落水沒有任何生還的可能性。不但最終會死,而且會死得很慘!即使是非常完美的落水動作,也必死無疑!


宇宙探索



曾經有人說如果在飛機發生故障的時候直接跳進海里,生存幾率有多大呢?那麼這樣的做法真的有科學依據嗎?

很多人都在影視劇中看到過,飛機出故障的時候,主角從飛機上直接跳下來落進海里,就會撿回一條命,但是這始終是影視作品,不現實。 在現實生活中,如果飛機發生故障了,從飛機上跳下來會發生什麼情況呢?

可以說是從高空墜落到海里的話,是肯定沒有生還的可能的。根據物理的原理,要是達到了一百米的高度,不管從哪裡下墜,都是會死亡,不管掉到哪裡去。更何況是飛機上都是要在距離地面上有一萬多米的高空上面去飛行,這樣子的高度,就算是底下都是海洋,掉下去的情況其實是和我們從高樓下墜到水泥地裡面一樣的道理的。



人掉到水裡也是一樣,就會激起旁邊大量的水花,如果是緩慢進入水裡的話,產生的力道是比較小的。高度不高的話是不會讓水的反作用力傷害到自己的。但是要是從高度很高的地方落下來的話,速度是非常的快速的,重力也是很大,產生的能量也是超乎自己本身的重量,所以在高速下降到水面的話,人是來不及去排開四周的水的。所以水是有反作用力的,這時候的水面就相當於一張水牆一樣,人體的器官也會被這張水牆震碎掉從而會死亡掉。


軍機處留級生


這個其實並不是什麼軍事問題,而是科學問題。

雖然水是液體,但是液體的特性是形狀可以改變,但是體積不會壓縮。這就導致如果過高的速度入水,水體並不能迅速的吸收動能。

所以,高空跳水實際上是一個作死行為。


人在高處跳下的時候會受到地球重力加速度的影響,每秒鐘下落的速度會增加大約9.8米。也就是說從4.9米高度下落人會在一秒時間上落地。

這個時候一個75公斤的人會有3601.50焦耳的動能。

這個動能已經相當於m16步槍子彈膛口動能的兩倍。不過,不要緊,跳到水中的時候,水體會由於物體入水開始盪漾將下落的動能吸收掉。

但是要注意的一點是——跳水運動員往往會在空中調整自己的姿勢,在最後落水的時候往往會是一個以一個很小的入水面進入水池。

根據阻力F=(1/2)CρSV^2,這樣我們看到公式中S(面積)是起到決定性作用的,也就是S越小阻力越小,阻力越小運動員入水瞬間所承受的加速度也就越小,換句話說人也就越安全。

如果姿勢不好:

以大面積拍入水中,這時人所受到的瞬間加速度就會成倍的提高。這時就會帶來不必要的傷害。


當然啦,人還有一個特性就是人體的入水截面不可能等於0。因此,在跳到水中的時候某一個高度就會造成即便S數值很小,也會產生過大的力阻力F,當F足夠大的時候人就會受傷。

然後就是公式計算了,這點還是給大家省略掉吧,直接說結果,當人跳水高度等於24.4米的時候,入水的速度大約是21.87米/秒,這時75公斤的人的動能可以達到17934.00焦耳,這就是10顆M16子彈膛口動能的總和了。如果姿勢不正確,直接拍到水面上這個人會受傷。


世界上最高跳水記錄目前是61米高度,落水的時候速度為34.58米/秒,75公斤的人體動能是44835.00焦耳,這個動能已經相當於一枚81mm迫擊炮的動能了。

在這個高度下雖然選手保持了正確的姿態,但是依舊脊椎骨嚴重受傷。照片就不發了以免引起不適。

在高臺跳水記錄上沒有受傷的記錄是瑞士選手夏勒創造的

2015年跳了一個58.8米,這個人活下來並且沒有受傷。落水速度如果按照自由落體計算來看是33.95米/秒。


現在說從飛機上高空跳的問題。

高空跳傘和低空跳傘實際上差別並不大,人在下落不斷加速的時候依舊會受到空氣阻力的影響,只不過高空空氣稀薄影響不是很大。但是越接近地面空氣密度越大,影響也就越明顯。


還是阻力公式 F=(1/2)CρSV^2 這裡面高度有了變化後,速度V也會急劇加大,對於阻力來說是和V平方成正比的。因此速度不可能無限加大,在某一個速度節點阻力=重力,人就會開始勻速下降,這個概念就叫做終端速度。在空氣中如上圖一般下落,人體的終端速度大約是50米/秒。參考上面高臺跳水的記錄,50米/秒的速度可是遠遠大於安全跳水的最高紀錄33.95米/秒。所以落下來就是一個死!


當然了,飛機飛低點行不行,能不能不加速到50米/秒的高度跳下呢?這裡就得看50米/秒的終端速度會出現在什麼高度了,答案是127米高左右。這就不算是高空跳了吧?而實際上文章中已經有答案了,在24.4米“高空”的飛機上跳水是沒問題的,在61米“高空”跳水很可能出問題,高度不因為是飛機還是跳臺有區別,唯一不變的實際上只是重力加速度。


軍武數據庫


從高空跳水,隨著高度的增加,嚴格來說,隨著入水速度的增加,水體會變得越發“堅硬”。為什麼會出現這種情況?安全跳水的入水速度究竟是多大?下面,我就從力學的角度來給大家估算一下。

1、基本條件分析

飛機在巡航狀態,為了飛行的穩定,是在平流層飛行的,高度大概在1W米。我們知道,隨著高度的增加,氣壓和氣溫都在下降。在萬米高空中,氣壓約0.3個大氣壓,即使地面氣壓的0.3倍,萬米高空的溫度約零下30℃。所以,萬米高空不是人類生存的環境。這也是為什麼飛機需要空調系統的原因。

萬米高空不適合跳傘,正常的跳傘高度大約在3000m-4000m左右,有的極限跳傘高度在7000米左右。在3、4千米的高度下,氣壓約0.6個大氣壓,溫度在0℃左右。這個環境下,人體是可以生存的。所以,後面的計算,我們以4000m為依據。


2、下降階段的力學

正常跳傘的時候,前半段是加速落體運動,後半段是減速運動。一般認為,降落傘打開的安全高度是500m。即500m高度的時候,打開降落傘,有足夠的時間來減速,就不會被摔死了。

如上圖,正常跳傘可以分為三個階段:加速階段、勻速階段,和減速階段。由於空氣阻力的存在,剛開始速度小,空氣阻力也小,所以是加速下降階段。隨著速度的增加,空氣阻力急劇增加,當阻力與重力相等時,就是勻速下降階段。打開降落傘後,阻力變得更加巨大,此時就是減速下降階段。


假如,沒有降落傘,那麼人體將會與一個恆定的速度撞擊地面。平衡速度由下式求得,其中,k是一個係數,與形狀、空氣密度、和迎風面積有關,k=0.5CρS。

假設頭朝下,迎風面積約0.05m2,空氣密度1.293kg/m3,形狀阻力系數取圓形的0.47,人體質量75kg,那麼平衡速度約220m/s。假如不採取降落傘,那麼撞擊的速度就是220m/s。


3、撞擊的力學

水是流體,發生撞擊的時候,由於撞擊速度非常快,此時水來不及響應,表現出固體的特性,水面由於撞擊而下凹,但是水體是整體,人體還未侵入水體。隨著撞擊的繼續,一方面撞擊造成的應力波在水中傳播,往外擴散,另一方面撞擊點的應力過大,水體再也無法保持連續,被撞開。

如上圖,關鍵就在於撞擊的那一瞬間。在那個瞬間,由於撞擊速度非常快,水體是呈現固體的特性的。學術上,稱之為“應變率效應”,絕大多數材料,當加載速度變得很快時,材料本身就來不及響應了。用應力波的理論,可以很好地解釋這一現象。應力的傳播需要時間,而加載過快,應力無法及時傳遞出去,就會積聚。而且,此時由於沒有及時傳播出去,位移響應非常小。這就使得物體表現得非常“硬”,準確的說是非常“剛”。這樣的話,撞擊力就大大增加了。


4、安全跳水高度

顯然,從跳傘的角度來說,高度的增加,並沒有改變平衡速度的大小,入水速度都是220m/s左右。為了估算安全跳水高度,也就是想辦法計算出如水速度。實際的計算顯然非常的複雜,涉及到流固耦合分析,如下圖,可以計算水流在輪子撥動下的運動,當然也可以計算出相互作用力的大小。

簡單起見,我們就直接利用動量定理(Ft=mv)來計算。假設整個過程中撞擊力不變,作用時間0.5s。人體頭骨承受的撞擊力約400kg,那麼計算出撞擊速度約為26m/s,這個速度是高空墜落平衡速度的0.12。作用時間越短,允許的撞擊速度就越小。這種低速情況下,空氣阻力就暫時忽略。這樣的話,高度約為35m。即,從35m高度入水,頭骨剛剛好是處於臨界的狀態。

體育比賽中,高空跳水的高度最高的是28m,入水速度約23.4m/s,其實是比較接近臨界值了,比較危險的了。但是,跳水運動員入水的時候,是手指先入水的,這就延長了入水的時間。所以,撞擊力就降下來了。


5、總結

高空跳傘後,不採取任何措施,直接入水的速度達到了220m/s,由於“應變率”效應的存在,水體在高速撞擊下,響應較慢,呈現偏“硬”的固體特性,此時發生撞擊必然有死無生。

在頭骨能夠承受的撞擊力下,安全的跳水高度約為35m,實際上的跳水運動高度最高也就28m。但是,不要用頭直接入水,可能會被水撞暈。


力學Nerd王小胖


回答這個問題之前我們要先設定一部分條件,畢竟搞科學的還是要嚴謹一點。

比如飛機的高度,如果飛機只飛一米高,那麼跳下來應該問題不大,還有飛機的飛行速度,如果戰鬥機在超音速飛行,那估計剛出機艙還沒到水面人就掛掉了。

我們假設飛機的飛行高度很高,然後速度嘛,能保證你不會在出機艙的一瞬間就被空氣拍死。

然後就是人的跳水技術,專業運動員的最高跳水記錄是61米,不過跳水者摔斷了脊椎,而普通人估計三十米就掛掉了。我們假設飛機上跳下來的這個人非常專業。

運動員跳水

普通人跳水

好了,設定完畢了,飛機高空低速,跳機的人是非常專業跳水運動員,入水時腳部先入水(腳先入水可以承受更大的衝擊力,畢竟頭部還是脆弱了一些)。

我們先來看看他在到達水面的時候會有多高的速度,按照牛頓的重力加速度公式可以算出加速度,但是需要考慮到空氣的阻力。跳傘運動員在自由落體階段,能達到的最大速度大概是50米/秒,我們就用這個速度。

那麼這個速度在入水的瞬間,人體需要承受多大的衝擊力呢,答案是大約300個G!

300個G能不能造成死亡,這個我不知道,但是有一項測試,美國空軍做過人體的極限加速度測試,最高記錄是80多G,歷時0.04秒,測試者當場昏迷,再往上就不敢測試了。

最後,國際懸崖跳水聯合會規定,跳水高度一般為男子23至28米,女子18至23米!至於普通人,我建議最好不要超過10米。

所以最後總結一下,飛機上不帶降落傘跳下來,除非飛機飛得很低並且速度很慢,不然生還的可能性非常非常的低!


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