高空落水确实非常恐怖,无论是对于当事人还是旁观者来说。你提到的这个案例——女孩从18米高空落水摔断5根肋骨,肺部险被戳穿——生动地展现了这种恐怖的后果。
我们可以从几个方面来理解这种恐怖性:
1. "巨大的冲击力:"
从18米的高度坠落,意味着自由落体时间大约是1.9秒(忽略空气阻力)。在落地瞬间,人体将以极高的速度撞击水面或地面。
水面虽然能缓冲一部分冲击,但对于这种高度坠落来说,缓冲效果有限。冲击力是巨大的,足以导致严重的骨骼和内脏损伤。肋骨像“砖墙”一样,在这种冲击下很容易骨折,甚至可能碎裂。
肺部位于胸腔内,被肋骨和胸骨保护。但5根肋骨同时骨折,特别是如果骨折断端刺入胸腔,会直接损伤肺部,导致气胸(空气进入胸膜腔)、血胸(血液进入胸膜腔)甚至更严重的穿通伤,危及生命。“肺部险被戳穿”正是这种极端危险的描述,这可能是瞬间致命的。
2. "瞬间的失重与恐惧:"
坠落过程中,人会经历短暂的失重感,视野可能因快速下坠而变得模糊或旋转。
面对可能到来的撞击
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你从高空跳过水吗?感觉如何?为什么说高空落水很危险,与跳楼没有任何区别?在美国的一个小镇上有一座拱形桥,桥面距离河面有18米,2018年,几个年轻人准备到桥面下的河里游泳。16岁的少女俏丹穿着比基尼准备从桥上跳到河中,翻过栏杆后她犹豫了,这桥太高了。谁知后面的女同伴大美突然推了俏丹一下,俏丹跌落到水面发出阵阵哀嚎,好在没有晕过去,俏丹忍着剧痛鼓气浮在水面上,要不然她就要嗝屁了。同伴把俏丹救上岸,送到了医院检查,医生发现俏丹的肋骨折断了5根!
同样,在今年7月份,网上流传一名中年男子穿着短裤玩高空跳水,入水后男子就没有动静了,最后漂在水面溺亡。为什么这些人会死呢?还是书读的太少,有网友评论但凡他们学过高一物理,都不会这么傻,从高空落下水面和水泥地面没有任何区别。
这是什么原理?水不是液体吗?人落到上面为啥会骨折?《道德经》曾说:“以天下之至柔,驰骋天下之至坚”。水就是这样,如果落水速度足够大,钢板都能被水面击碎。人在跳水时首先受到的是重力,重力与人的体重和重力常数有关,入水速度与体重无关只与重力常数有关,重力加速度通常是9.8米每秒平方。
当人从高空落到水面时,速度会陡然降低,这时人体受到的合力是向上的,加速度也是向上的。我们可以算出这时水面对人的作用力F,注意,F不等于人受到的合力,而是合力与重力的和。F等于动量变化量对时间的微分再加上重力,动量变化量等于速度变化量乘上质量,速度变化量等于接触水后一刻的速度减去入水前一刻速度。这里力的作用时间非常短,所以F就非常大。如果70公斤的人从20米高空落到水面,速度大约为20m/s,如果入水后速度减少了一半,那么这个人受到的水面向上的压力是8700牛顿。
很多人对8700牛顿没有概念,那我们可以和泰森一拳的力量做下对比。泰森全力一击的力量是3600牛顿,从20米高空跳到水面,受到的冲击力是泰森全力一击的两倍多,肋骨折断算是轻的了,严重的情况下肋骨直接穿肺。细心的朋友可能会发现这里计算有一个问题,入水是有阻力不假,为什么瞬时力有这么大呢?这就要引入“张力”这个概念了,流体表面都是有张力的,这个张力是由水分子之间的范德华力造成的。有这个张力在,人体不会马上进入水面,这就造成了水对人体产生了巨大的反向冲击力,这下知道从高空跳入水中有多么危险了吧?
跳水运动员是如何避免水面的冲击呢?他们为什么摔不晕?男子跳水跳台最高是27米,女子为23米。这里的高度是从跳板弹起后到达空中最高点距离水面的高度差。如果你仔细看,跳水运动员入水时都是手臂并拢,身体笔直的进入水中的,连脚都要绷直。这样做的目的就是保护自己的主要器官,最重要的是这个动作能够破坏水面的张力,减小入水阻力。进到水里就算安全了,只要水池的深度足够。
跳水运动员也不是上来就跳这么高的,他们要从低到高逐级练习。那些不专业的高空跳水,一般都是四仰八叉的接触水面,水花溅起一丈多高,比反舰导弹炸出的水花面积都大。与水面接触的面积大,就不容易破坏水面的张力,水面和水泥地没有什么两样,强大的过载瞬间让业余高空跳水者晕过去,没有人救助的话最后会溺水而亡。
生活中类似的情况有很多,比如消防队员在解救高空跳楼者时,会在他们可能的落点处放上气垫。就算这样也不能完全保证跳楼者的安全,心理专家还要上前劝说。如果跳楼者掉到了气垫上他们肯定会全身骨折,只能期待保住一条性命。
最后要告诫大家,高于10米的跳台都不能站在上面跳水,普通人没经过训练是受不住的。平时要学一些物理化学小知识,关键时刻能够保命。2020年俄罗斯一网红把30公斤干冰扔入水池,制造烟雾来庆祝生日,没多久就有两人当场死亡,一人送医后也因脑部缺氧而死,这就是不学数理化的后果,自己把自己作死了。
