当雨滴撞上挡风玻璃

文- 猪的米

很多人都有雨天行车的经验，那么，你是否知道，在下雨天汽车要开多快才会让雨滴砸碎挡风玻璃？

答案是：要非常非常地快。

雨滴的速度有多快

我们知道，水在4摄氏度时体积最小、密度最大，约为1×103 kg/m3；空气在0摄氏度及一个标准大气压下的密度约为1.293g/ m3。也就是说，水的密度远比空气大。但由于雨滴的体积很小，远远小于周围空气的体积，因此，就算天空下的是倾盆大雨，空气中的水的重量也要小于空气本身的重量。所以，即使雨滴的下落速度非常快，仅仅凭它们那微不足道的动能也不足以打碎挡风玻璃。

但凡事并不绝对，虽然在正常情况下，雨滴根本不会对挡风玻璃造成损害。不过，它们确实能打破超音速飞机的挡风玻璃。

当一颗雨滴以高速撞上玻璃表面后，一道冲击波会反向通过雨滴内部；当多道冲击波相遇后，会产生一系列极其复杂的反应。

正常情况下，这些冲击波的传播速度与声音在液体里的传播速度相当——约为1300米/秒，是声音在空气中传播速度（当温度为15度时，声音的速度为340米/秒；温度每上升/下降5度时，声音每秒的速度上升/下降3米）的4倍。然而，当撞击速度 非常高时，冲击波的传播速度要远远大于水中的声速。

当雨滴撞向挡风玻璃时，雨滴会被玻璃表面和后来的雨滴前后夹击，于是会向各个方向发生喷溅。

这些喷溅出来的水滴的速度，比本来已经超音速的雨滴的速度更快，甚至还要快过我们刚才提到的冲击波的速度。

当雨滴以500米/秒的速度撞击某一表面后，从接触点飞溅出来的水滴速度超过6000米/秒——相当于音速的18倍。这些冲击波产生的冲击，足够震碎玻璃

飞溅的水滴会撞碎挡风玻璃吗

那么，这些喷溅出来的水滴是否能撞碎挡风玻璃呢？

国外的一篇论文模拟了雨滴以500米/秒的速度（相当于音速的1.5倍）撞击某一表面后的现象，结果发现从接触点飞溅出来的水滴速度超过6000米/秒——相当于音速的18倍。

这些冲击波产生的冲击，足够震碎玻璃。

同时，冲击波产生的最大压强会出现在雨滴边缘的挡风玻璃周围，但持续时间只占撞击时间的很小一部分。

除了撞击直接产生的压强以外，向四周飞溅的水滴也会对挡风玻璃造成损害。如果材料内部有微孔、裂缝或凸起，四溅的水滴撞上后会产生更多的新裂纹或使得已有的裂纹变宽。

当然，就算速度再快，雨滴仅凭一己之力并不能在玻璃上钻出一个弹孔来——但是，一连串的超音速雨滴会像沙子一样开始不停地啃噬玻璃表面，使它产生新的裂纹和凹坑（这种类型的“腐蚀”也会对蒸汽涡轮机的叶片造成损坏）。到最后，挡风玻璃还是要乖乖举白旗投降。

所幸的是，普通的汽车没法在不脱离地面的情况下开到1马赫（1马赫=340.3米/秒），所以在平常的雨天开车，挡风玻璃还是很安全的。但是，如果你胆敢开车经过一个有着强烈上升气流的雷暴云团的话，不管你开多快，降水（冰）都会狠狠地砸碎你的挡风玻璃。

所以，结论是：雨滴通常不会撞破挡风玻璃，但当雨滴的速度非常高时，就会出现截然相反的结果。