五、真空中雨滴的狀態(tài)

有很多小伙伴在留言中表示，“真空中，雨滴會在下落過程中完全蒸發(fā)掉，不會掉落到地面”，其實(shí)只說對了一半，外部壓強(qiáng)確實(shí)對水的狀態(tài)有巨大的影響。讓我們先來看下面這張水的相圖。

水的三相狀態(tài)圖

將一滴水放在一個巨大的真空中，我們可以認(rèn)為這滴水是處在一個開放的真空當(dāng)中。大家要注意一下，討論任何一個物理問題，前提條件非常重要，因?yàn)闂l件變化了，物理過程也會隨之變化。

壓強(qiáng)的確會影響水的凝固點(diǎn)，這點(diǎn)可以從水的相圖中直接得到。水的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)就是三種相。相圖就是在一個坐標(biāo)系中將固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)對應(yīng)的區(qū)域區(qū)分開。坐標(biāo)系的橫軸表示溫度，縱軸表示壓強(qiáng)，不同溫度和壓強(qiáng)下水是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)就可以直接在相圖中得到。

大氣中的小水滴聚集成云

圖中，土黃色區(qū)域代表固態(tài)，綠色區(qū)域代表液態(tài)，藍(lán)色區(qū)域代表氣態(tài)。從圖中可以看到，當(dāng)溫度低于一定值（251.165K）時(shí)，不論外界壓強(qiáng)是多少，水都不會以液態(tài)的形式存在。當(dāng)壓強(qiáng)低于一定值（611.73Pa）時(shí)，不論溫度是多少，水也不會以液態(tài)的形式存在。在更低壓強(qiáng)及更低溫度下，水只能以固態(tài)的形式存在。

也就是說，當(dāng)外部壓力足夠小，小到接近零；外部溫度足夠低，低到接近零的時(shí)候。這滴水會突然進(jìn)入到一種氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)共存的狀態(tài)。再說得通俗點(diǎn)，就是水會一邊沸騰一邊結(jié)冰。

冰雹

六、那么水會都蒸發(fā)掉嗎？

并不會，而是只能以固態(tài)冰的狀態(tài)存在。這是因?yàn)樗恼舭l(fā)或者是升華都會帶走熱量，從而導(dǎo)致剩余的那部分冰（水）的溫度進(jìn)一步降低，從而減慢蒸發(fā)或者是升華的速度。所以一個小冰晶完全變成氣態(tài)的過程會很漫長。

可能有人看到這里會說這些都是理論上的，有什么事實(shí)上的證據(jù)嗎？這個還真有。在太陽系海王星之外的柯伊伯帶以及更遠(yuǎn)的奧爾特云有大量的冰塊。我們偶爾能看到的彗星其實(shí)也是類似的冰塊組成的，它們在宇宙中穿梭了幾十億年仍舊沒有完全蒸發(fā)掉。

流星冰核

這些由冰組成的天體之所以能夠保持固態(tài)是因?yàn)樗鼈儩M足成為固態(tài)冰的條件：那里是一片黑暗寒冷之地，同時(shí)外太空中壓強(qiáng)幾乎為零。水在這樣的環(huán)境下只能以固態(tài)冰的形式存在。

七、萬米高空自由下落水滴速度的計(jì)算

這個計(jì)算就很容易了，任何一個高中理科生都會。在做計(jì)算前，我們還是要先強(qiáng)調(diào)一下前提條件，真空中自由下落的水滴。這樣問題就簡單了，因?yàn)樽饔迷谒紊系牧χ挥兄亓?。我們可以利用公?/span>v=（2gh）^(1/2)進(jìn)行精確計(jì)算。

由于下落高度h是固定值：1萬米，這里面只有重力加速度g是一個比較復(fù)雜的物理量，這是因?yàn)榈厍蛏喜煌攸c(diǎn)，不同位置，重力加速度的值都會有一定的差異。我們?nèi)∫粋€近似值10米每秒的平方，因?yàn)殚_平方之后，這個誤差會更小，所以作為估算，并不會引起很大的誤差。

基本公式

將這些數(shù)值代入公式后，我們計(jì)算得到，當(dāng)這個小水滴從一萬米高空到達(dá)地面時(shí)，其速度大約為447米每秒。常溫常壓下空氣中聲音的速度為340米每秒，為1.3倍的音速。所以我才說是接近1.5倍音速。

這個速度有多快呢？光看數(shù)值大家可能并沒有什么感覺，但我可以告訴你，這個速度是手槍子彈出膛速度的上限?？瓷先ナ遣皇呛芸膳拢康鋵?shí)動能并沒有多少。這是因?yàn)橐坏嗡|(zhì)量太小，即使它完全結(jié)成冰，其最后打擊到人身體上的動能大約為5焦耳（一滴水按照0.05克計(jì)算）。

飛機(jī)突破音障

八、究竟會不會傷人或者致人死命？

一般9MM手槍子彈頭重量8克,出膛速度在300米每秒左右，根據(jù)動能公式,它的出膛動能在0.008kg*(300M/S）^2/2方也就是360焦耳左右。對比小水滴（小冰珠）的數(shù)據(jù)，手槍子彈出膛動能是這個小冰珠的180倍。

從1萬米高空中自由下落（不計(jì)空氣阻力）的小冰珠砸到人身上能釋放的動能很小。這里提供一下參考數(shù)據(jù)： 使人喪失戰(zhàn)斗力的彈頭動能為78.5J，穿透頭盔或避彈衣的彈頭動能，鋼芯彈為304J，鉛芯彈為412J。參考讓人喪失戰(zhàn)斗力的數(shù)據(jù)，也只是其15分之一。可見，這個小冰珠（小水滴）是不能致人死命的。

子彈出膛瞬間

不過考慮到我國仿真槍的槍口動能標(biāo)準(zhǔn)，“符合《中華人民共和國槍支管理法》規(guī)定的槍支構(gòu)成要件，所發(fā)射金屬彈丸或其他物質(zhì)的槍口比動能小于1.8焦耳/平方厘米（不含本數(shù)）、大于0.16焦耳/平方厘米（不含本數(shù)）的”，這個小水滴的動能很明顯超過了這個標(biāo)準(zhǔn)，雖然不能致命，但是已經(jīng)能夠傷人了。

結(jié)束語

從我們前面的分析可以看出，一滴水從萬米高空中的真空環(huán)境落下，其經(jīng)歷了由水滴變成小冰珠的物理過程，盡管其到達(dá)地面的時(shí)候速度非常快，但由于其質(zhì)量很小，所以其釋放的能量不足以致人死命，但仍然可以傷人。