文- 豬的米

很多人都有雨天行車的經(jīng)驗(yàn)，那么，你是否知道，在下雨天汽車要開多快才會(huì)讓雨滴砸碎擋風(fēng)玻璃？

答案是：要非常非常地快。

雨滴的速度有多快

我們知道，水在4攝氏度時(shí)體積最小、密度最大，約為1×103 kg/m3；空氣在0攝氏度及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度約為1.293g/ m3。也就是說，水的密度遠(yuǎn)比空氣大。但由于雨滴的體積很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于周圍空氣的體積，因此，就算天空下的是傾盆大雨，空氣中的水的重量也要小于空氣本身的重量。所以，即使雨滴的下落速度非常快，僅僅憑它們那微不足道的動(dòng)能也不足以打碎擋風(fēng)玻璃。

但凡事并不絕對(duì)，雖然在正常情況下，雨滴根本不會(huì)對(duì)擋風(fēng)玻璃造成損害。不過，它們確實(shí)能打破超音速飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃。

當(dāng)一顆雨滴以高速撞上玻璃表面后，一道沖擊波會(huì)反向通過雨滴內(nèi)部；當(dāng)多道沖擊波相遇后，會(huì)產(chǎn)生一系列極其復(fù)雜的反應(yīng)。

正常情況下，這些沖擊波的傳播速度與聲音在液體里的傳播速度相當(dāng)——約為1300米/秒，是聲音在空氣中傳播速度（當(dāng)溫度為15度時(shí)，聲音的速度為340米/秒；溫度每上升/下降5度時(shí)，聲音每秒的速度上升/下降3米）的4倍。然而，當(dāng)撞擊速度 非常高時(shí)，沖擊波的傳播速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水中的聲速。

當(dāng)雨滴撞向擋風(fēng)玻璃時(shí)，雨滴會(huì)被玻璃表面和后來的雨滴前后夾擊，于是會(huì)向各個(gè)方向發(fā)生噴濺。

這些噴濺出來的水滴的速度，比本來已經(jīng)超音速的雨滴的速度更快，甚至還要快過我們剛才提到的沖擊波的速度。

當(dāng)雨滴以500米/秒的速度撞擊某一表面后，從接觸點(diǎn)飛濺出來的水滴速度超過6000米/秒——相當(dāng)于音速的18倍。這些沖擊波產(chǎn)生的沖擊，足夠震碎玻璃

飛濺的水滴會(huì)撞碎擋風(fēng)玻璃嗎

那么，這些噴濺出來的水滴是否能撞碎擋風(fēng)玻璃呢？

國外的一篇論文模擬了雨滴以500米/秒的速度（相當(dāng)于音速的1.5倍）撞擊某一表面后的現(xiàn)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從接觸點(diǎn)飛濺出來的水滴速度超過6000米/秒——相當(dāng)于音速的18倍。

這些沖擊波產(chǎn)生的沖擊，足夠震碎玻璃。

同時(shí)，沖擊波產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)在雨滴邊緣的擋風(fēng)玻璃周圍，但持續(xù)時(shí)間只占撞擊時(shí)間的很小一部分。

除了撞擊直接產(chǎn)生的壓強(qiáng)以外，向四周飛濺的水滴也會(huì)對(duì)擋風(fēng)玻璃造成損害。如果材料內(nèi)部有微孔、裂縫或凸起，四濺的水滴撞上后會(huì)產(chǎn)生更多的新裂紋或使得已有的裂紋變寬。

當(dāng)然，就算速度再快，雨滴僅憑一己之力并不能在玻璃上鉆出一個(gè)彈孔來——但是，一連串的超音速雨滴會(huì)像沙子一樣開始不停地啃噬玻璃表面，使它產(chǎn)生新的裂紋和凹坑（這種類型的“腐蝕”也會(huì)對(duì)蒸汽渦輪機(jī)的葉片造成損壞）。到最后，擋風(fēng)玻璃還是要乖乖舉白旗投降。

所幸的是，普通的汽車沒法在不脫離地面的情況下開到1馬赫（1馬赫=340.3米/秒），所以在平常的雨天開車，擋風(fēng)玻璃還是很安全的。但是，如果你膽敢開車經(jīng)過一個(gè)有著強(qiáng)烈上升氣流的雷暴云團(tuán)的話，不管你開多快，降水（冰）都會(huì)狠狠地砸碎你的擋風(fēng)玻璃。

所以，結(jié)論是：雨滴通常不會(huì)撞破擋風(fēng)玻璃，但當(dāng)雨滴的速度非常高時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)截然相反的結(jié)果。