自然的奧祕 流體 不需要先備知識 閱讀約6分鐘

蚊子被比自己重的雨滴打到,為什麼還沒事?
― 因為太輕,反而是雨滴會被拖慢

一顆雨滴,重量有時是一隻蚊子的好幾倍。換成人類來比喻,就像不斷有比自己還重的東西從天上砸下來。即使如此,蚊子依然不會掉下來,還能繼續飛。守護牠的不是堅固的身體,而是驚人的「輕」。

發布:2026.09.15 難度:★☆☆(不需要先備知識也能讀懂) 公式只出現在最後的折疊區塊
先想像一下這個場景

夏天的傍晚,突然下起雨來。躲進屋簷下時,眼前有隻蚊子搖搖晃晃地飛著。

大顆的雨滴劈哩啪啦地落下。要是被那種雨滴打到,蚊子應該一下子就完蛋了吧。

然而雨一停,蚊子又若無其事地飛過來。牠到底是怎麼在那場大雨中活下來的呢?

沒事的理由,只有兩個

1
雨滴幾乎不會停下來

蚊子非常輕,所以雨滴會載著蚊子,以幾乎相同的速度繼續落下。雨滴的力道幾乎沒有減弱,蚊子受到的力也就很小。

2
會撥水,馬上就能脫離

蚊子的身體和翅膀上覆蓋著細毛,能撥水。就算被雨滴黏住往下墜落,落到一定高度後就會滑脫開來,再次飛起。

「重的東西打到很危險」這種感覺,只適用於被打的一方不會動的情況。對於懸浮在空中的輕盈身體來說,情況完全相反。

被打的一方「能不能動」,會改變受力大小

碰撞時力的大小,取決於「速度變化有多急遽」。同樣一顆雨滴,打在地面時會瞬間停止,速度變化很大,因此受力也很強。

但是打在空中的蚊子身上時,蚊子會連同雨滴一起往下移動。蚊子比雨滴輕得多,所以雨滴只會稍微變慢,然後繼續往下落。請比較一下圖1的左右兩邊。

美國的研究團隊曾用高速攝影機,做過讓水滴打在蚊子身上的實驗。據報告,蚊子會乘著雨滴被帶走約自身體長十幾倍的距離,之後才脫離、飛走。這時蚊子身體承受的加速度,據推估約為重力的100~300倍。這個數值人類是承受不了的,但輕盈的蚊子身體卻不會因此損壞。

左:打在無法移動的地面 碰撞前 碰撞後 秒速8m 地面 秒速0m 速度變化 8 → 0(大) 瞬間停止=力大 右:打在空中的蚊子 碰撞前 碰撞後 秒速8m 蚊子 秒速7m 連蚊帶滴落下 速度變化 8 → 7(小) 只稍微變慢=力小
圖1:左邊是雨滴打在無法移動的地面上。箭頭所示速度從8瞬間變為0,因此受力很強。右邊是打在空中的蚊子身上。雨滴載著蚊子繼續往下落,如箭頭所示,速度只從8變成約7(數值以直徑3mm的雨滴、約2mg的蚊子簡化估算)。

換成其他生物,會怎麼樣?

這種「靠輕盈保護自己」的策略,效果會因體型大小而完全不同。

人類的情況。雨滴只有人體重的幾百萬分之一。雨滴會在人的皮膚上完全停止,但因為原本的力道太小,所以不痛不癢。和蚊子相反,人是「太重所以不痛不癢」的一方。

貼近地面飛行的蚊子的情況。其實據說對蚊子來說真正危險的,是在貼近地面時被雨滴打中的情形。如果在被雨滴帶著移動的途中撞上地面或水窪,就會變成和圖1左邊一樣「對方無法動」的狀況。這樣一來,蚊子就會被雨滴和地面夾在中間。

蝙蝠的情況。對體重是蚊子好幾千倍的蝙蝠來說,雨滴的衝擊不成問題。真正麻煩的是毛被淋濕後身體變冷、變重。有實驗報告指出,在雨中飛行時,用於飛行的能量消耗大約會變成兩倍。

💡 對「小東西」來說,雨看起來完全不一樣

在大雨中飛行時,蚊子也可能被雨滴「直接命中」。實驗顯示,被打中的蚊子會被帶著移動數公分到10公分左右,之後才重新調整姿勢飛走。對我們來說很小的雨滴,對蚊子而言卻是一個接一個、比自己還大的水團從天而降的世界。

總結

碰撞時力的大小,並不是只由碰撞物體的重量決定。被打的一方能不能一起動,會改變速度變化的方式,也會改變力的大小。蚊子比雨滴輕得多,幾乎不會讓雨滴減速。因此受到的力很小,又能靠撥水的身體馬上脫離,繼續飛行。

蚊子不敗給雨,不是因為強壯。
是因為太輕,雨滴反而停不下來。

關於雨滴本身為什麼不會痛,可以參考雨滴從1000公尺高空落下,為什麼不會痛?。體型小如何改變對水的感受,可以參考對水蚤來說,水為什麼像「蜂蜜」一樣黏稠?。蚊子如何找到人類,則在蚊子為什麼有人比較容易被叮,有人不容易?中討論過。

🧪 自己動手確認看看:輕的東西會「被推著逃開」
  1. 用線把一張面紙吊在天花板或棍子上。另一張平放在桌上,用手按住邊緣。
  2. 用吸管從相同高度,一滴一滴把水滴到兩張面紙上。
  3. 吊起來的那張會被水滴推著搖晃,靠移動來卸掉力道。被按住的那張則無法移動。比較看看兩者被打到、彈起的樣子有什麼不同。

吊起來的面紙沒有蚊子那麼輕,但可以體會到「對方越能動,衝擊就越容易卸掉」的感覺。請在可以弄濕也沒關係的地方進行。

想再深入了解的人 ― 詞彙、公式、與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目,會明確標示是哪個程度的內容
接下來出現的標籤說明
  • 國中國中理化課程範圍
  • 高中高中「物理基礎、物理」課程範圍
  • 高中+高中的進階內容,或教科書專欄等級的內容
  • 大學高中不會教、屬於大學專業科目(流體力學、生物物理學)的內容
  • 研究連大學都還不會當作「定論」教的內容,是研究人員目前正在調查中的話題

國中詞彙:這個現象有個名字

國中高中用公式確認:雨滴打到蚊子後,會慢下來多少?

以雨滴和蚊子黏在一起、一起運動這種最簡單的情況來思考。各符號的意義與單位如下表所示。

符號的意義
符號意義與單位
M雨滴的質量(mg)
m蚊子的質量(mg)
V碰撞前雨滴的速度(m/s)
v碰撞後一起運動的速度(m/s)。v = M ÷ (M + m) × V
① 基本數值
直徑3mm雨滴的質量 M推估約14mg
該雨滴的落下速度 V推估約秒速8m
一隻蚊子的質量 m推估約2mg
人的體重60kg(60000000mg)
② 實際計算
雨滴與蚊子合計的質量14 + 2 = 16 mg
其中雨滴所占的比例14 ÷ 16 ≒ 0.875
碰撞後的速度 v0.875 × 8 = 7 m/s
雨滴速度減少的量(打到蚊子時)8 − 7 = 1 m/s
與打在地面時速度減少量的比值8 ÷ 1 = 8 倍
人的體重是雨滴的幾倍60000000 ÷ 14 ≒ 4300000 倍

若碰撞時間相同,雨滴受到的力就與速度變化成正比。打到蚊子時,計算下來只需要打在地面時約8分之1的力。而且推蚊子身體的力也只有這麼小,即使身體很輕也能承受。人類的體重約是雨滴的430萬倍,所以雨滴就算在皮膚上完全停止,產生的力也小到讓人幾乎沒有感覺。

高中高中+力是「動量變化的速率」

高中物體受到的衝量等於動量的變化量。雨滴與蚊子的總動量會守恆,所以輕盈的蚊子所獲得的動量很小。因此衝量也小,衝擊自然也小。

高中+黏在一起一起運動的碰撞稱為「完全非彈性碰撞」。實際上雨滴會變形,蚊子也會中途脫離,情況稍微複雜一些。即便如此,「被打的一方越輕,雨滴的減速就越小」這個結論不會改變。

大學液滴的變形與表面張力的作用

雨滴並非堅硬的球體,打到東西時會壓扁展開。比較水滴的力道與表面張力強弱的數值(韋伯數),決定了水滴會四散還是保持完整。就蚊子而言,一般認為是撥水的細毛讓水無法一直黏著,使蚊子能夠側身滑脫。昆蟲體表細毛的排列方式,正是撥水研究中經常被探討的對象。

研究目前還不清楚的部分

也就是說,本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。上面的計算只是用來掌握原理的簡化估算。

與教科書的關聯(依程度分類)

程度科目・單元對應本文哪個部分
國中理化・運動與能量(慣性)越重的物體越難改變運動狀態
高中物理基礎・物理(動量與衝量)雨滴的減速,以及用公式驗證
高中+物理(非彈性碰撞)黏在一起一起運動的碰撞
大學流體力學・生物物理學液滴的變形與撥水性
研究昆蟲的飛行與環境適應野外的實際情況、姿勢的重新調整
―與生活的關聯雨停後蚊子又回來的原因
參考・出處
  1. Dickerson, A. K., Shepherd, P. G., & Hu, D. L. (2012). Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. PNAS, 109(25)
  2. Gunn, R., & Kinzer, G. D. (1949). The terminal velocity of fall for water droplets in stagnant air. Journal of Meteorology, 6, 243–248.
  3. Voigt, C. C., et al. (2011). Rain increases the energy cost of bat flight. Biology Letters, 7, 793–795.
  4. 日本氣象廳「雨的強度與降雨方式」(気象庁「雨の強さと降り方」)

※本文為大眾科學解說文章。文中數值僅為幫助理解原理的估算,實際數值會因雨勢強弱、雨滴大小、蚊子種類而有所不同。