以1元硬币为例:它的质量约为6.3g,直径d约为25毫米,厚度h约为2毫米.通常温度压强下的空气密度ρ为1.2
kg/m3,我们设它是恒定的.阻力系数Cd在硬币的圆面水平下落时为1.15,而在硬币的圆面竖直下落时没有确切的数据可以查询,但是也约为
1.代入这些具体数值就可以分别计算硬币的圆面水平和竖直下落时的收尾速度,作为其最小值和最大值,得到结果:
也就是说不论硬币从多高的地方掉下来,最终的速度也不会超过45.4m/s.真实情况下,硬币下落时会在空中翻滚,因此可以认为真实情况下硬币的收尾速度是介于以上面两种情况之间的.
极限速度不是致命速度让我们来考虑最极限的情况,最大的收尾速度会不会对人体造成伤害甚至致命?为此我们需要估算一下这么大的速度的硬币砸到人身上时,人所受的力及压强.用动量定理可以做一个很好的估计:
一般而言,硬币与人体皮肤作用的时间为10ms量级,因此F≈29N.如果假设硬币与人体皮肤作用的面积为硬币厚度h的平方那么大,即4mm2,则人体受到的压强为P≈7.2MPa.
这么大的压强会不会死人呢?人体皮肤所能承受的压强为P=20.89±4.11MPa,高空坠落的硬币产生的压强比这一极限压强还是小很多的.由此看来,高处落下的硬币还是安全的啦!