科学探索|为什么高铁上的蚊子不会被甩到车尾？( 二 ) 为什么高铁上的蚊子不会被甩

聪明的科学家想到了一个办法，就是引入一个虚拟的“惯性力” 。大小为ma，方向与加速度相反。虽然这个力是虚拟的，但是在非惯性系之中，引入了惯性力之后，牛顿运动定律就能重新适用了。就比如我们常说的离心力，就是引入的一种“不存在”的惯性力。那么我们看接下来的分析。
因为车厢是非惯性参考系，所以车厢内的所有物质正在受到一个大小为ma，指向高铁尾部的惯性力，就好像我们在刚启动的车上能够很明显的感受到背推感一样，我们在坐电梯的时候也会有同样失重和超重的感觉。受到的惯性力即为
G‘=m蚊a
在车厢内受到惯性力的不只有蚊子，车厢内的空气也受到这种惯性力。所以空气就拥有了能够让其中物体拥有指向高铁头部的等效空气浮力，我们假设空气此时是不可压缩的平衡态的流体，所以我们能够套用浮力定律来描述这种等效浮力。我们不能再将蚊子当成一个质点，我们开始关注它的形状。
F空浮‘=ρ空aV排
说到这里，这两种力是否就已经平衡了呢？答案是否定的，如果平衡，就会得出m蚊=ρ空V排，即蚊子的密度等于空气密度，也就是说我们拿一只刚拍死的蚊子，松手之后它就会悬浮在空中，这也太离谱了。
正常情况下蚊子的密度是大于空气的。所以，从上一节中我们可以看到，在空气中蚊子除了受到浮力之外还要提供一定向上的升力，才能悬停在空中。
接下来我们要开车了！
一旦高铁开动，由于惯性力大于等效浮力。蚊子就会相对于车厢，或者说车厢中的空气有了向车厢尾部的加速运动，这就意味着蚊子会受到相反方向即指向高铁头部的空气阻力。
蚊子相对车厢空气运动速度小，相比于压差阻力，粘滞阻力占主导，故这里采用斯托克斯定律描述阻力。假设物体是球形的，而且液体相对于球体作层流运动。则阻力大小为，
F阻=6πηυR
其中，R是球体的半径，υ是它相对于流体的速度，η是流体的粘滞系数。
因为竖直方向上受力平衡，所以可以只分析水平方向上的受力。所以在以高铁为参考系时，受力图如图。

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注意此时F阻是随相对速度增大而增加的，图中的箭头长度并不代表实际的大小
Part.4
蚊子此时如何运动？
分析完了受力，我们来分析运动，此时的蚊子其实可以继续等效成一个质点，它在高铁的系统中的运动速度会持续增大，空气阻力也会逐渐增大，这是一个变加速过程，直到
F空浮‘+F阻=G‘
此时蚊子开始相对车厢匀速向车尾运动。并且这个过渡到稳态的时间预计不会太久，毕竟蚊子在空气中飞行的阻力是很大的，不信的话可以试试将一只死蚊子向前扔出去，应该落得不会太远。
其实以上的分析也是很好理解的，这也是为什么，天上下的雨最终是以匀速落在地上的。

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雨滴最终下落的速度来源：知乎@芝了
雨滴最终都会达到重力与空气阻力和空气浮力的平衡，以匀速落下。
我们可以合理估算一下，蚊子在这种情况下相对车厢最多有多大的收尾速度大致有多少。由前文可知高铁加速度为0.2m/s2，蚊子重量一般约为2mg，蚊子的大小为毫米量级，取15℃时，空气粘度为1.81×10-5 kg/（m·s）。
我们大致合理估算了一下，收尾速度大约在cm/s的数量级（防杠补丁：由于时间仓促，小编只算了一遍，如果大家有兴趣验算的话，和该结果差太多，欢迎在评论区补充）。照这个速度运动下去，蚊子就算碰在车上也没有任何事。