小鳥(niǎo)真能撞壞飛機(jī)?

黃才發(fā)

2019年8月15日，俄羅斯烏拉爾航空一架空客A321飛機(jī)在莫斯科郊區(qū)茹科夫斯基機(jī)場(chǎng)起飛時(shí)與一群海鷗相撞，鳥(niǎo)群擊中發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)致其大面積運(yùn)行中斷，飛機(jī)最終在離跑道一公里多遠(yuǎn)的玉米田緊急迫降。

但好運(yùn)并不總是伴隨這類(lèi)飛機(jī)。小鳥(niǎo)撞向飛機(jī)，最嚴(yán)重的后果就是機(jī)毀人亡！1994年，倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)一架波音-747客機(jī)撞上一群鴿子后墜毀，機(jī)上350名乘客全部遇難。1995年，美國(guó)空軍的一架E-3預(yù)警機(jī)起飛時(shí)，遭到30多只鳥(niǎo)的撞擊，最終飛機(jī)墜毀，機(jī)上24人無(wú)一幸免。2000年，俄羅斯一架安-8運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入一只野天鵝在剛果墜毀，造成21人死亡。

小鳥(niǎo)真能撞壞飛機(jī)？慘痛的事實(shí)告訴我們：的確能。也許有人會(huì)疑惑：體型小、重量輕的鳥(niǎo)類(lèi)，與鋼筋鐵骨的飛機(jī)相撞應(yīng)該是以卵擊石的效果，為什么能把飛機(jī)撞壞？

這是因?yàn)槠茐闹饕獊?lái)自飛行器的速度而非鳥(niǎo)類(lèi)本身的質(zhì)量，也與撞擊時(shí)間太短暫有關(guān)。這涉及的是動(dòng)量定理知識(shí)。我們知道，描述運(yùn)動(dòng)會(huì)用速度這個(gè)物理量，質(zhì)量和速度的乘積定義為動(dòng)量，力和時(shí)間的乘積定義為沖量，合外力的沖量等于動(dòng)量的變化量，這就是動(dòng)量定理。通俗地說(shuō)，生活中雞蛋落在水泥地上容易破碎，同一高度落下的雞蛋落在海綿墊上不容易破碎，這是因?yàn)槁涞厍昂箅u蛋動(dòng)量變化量相同，但落在水泥地上時(shí)間短，則力就大;落在海綿墊上緩沖時(shí)間長(zhǎng)，則力就小。當(dāng)鐵錘以一定速度敲打釘子，由于作用時(shí)間很短，撞擊力大，釘子就很容易鉆入木板了。我們可以對(duì)小鳥(niǎo)撞飛機(jī)做個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算。假設(shè)鳥(niǎo)的質(zhì)量1千克，鳥(niǎo)的速度約50米每秒，飛機(jī)的速度取300米每秒，取撞擊時(shí)間0.2毫秒，選小鳥(niǎo)為對(duì)象，據(jù)動(dòng)量定理可求出當(dāng)小鳥(niǎo)受到約1750000牛頓的撞擊力，這百萬(wàn)牛頓的撞擊力絕不亞于一顆炮彈對(duì)飛機(jī)的威脅，更何況鳥(niǎo)撞向飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)等較薄弱和要害之處時(shí)，如此巨大的撞擊力造成機(jī)毀人亡就毫不稀奇了。

同理，高速行進(jìn)的動(dòng)車(chē)、起飛的火箭、降落的航天飛機(jī)若遭遇飛行物撞擊，結(jié)果也很?chē)?yán)重！2013年6月2日，杭州至北京的高鐵駕駛艙前擋風(fēng)玻璃被一只飛鳥(niǎo)撞擊，玻璃破損嚴(yán)重。2003年的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返航時(shí)解體，就是因?yàn)槠痫w時(shí)遭遇了一塊脫落的泡沫保溫材料撞擊受損所致，結(jié)果是航天飛機(jī)解體，7名宇航員遇難！

動(dòng)量定理是動(dòng)力學(xué)的普遍定理之一，常用于解決涉及力作用時(shí)間問(wèn)題，物體相互作用問(wèn)題時(shí)，動(dòng)量定理是力對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)，使物體的動(dòng)量發(fā)生改變，適用范圍很廣，在生產(chǎn)生活中的作用更不容忽視。轎車(chē)上裝有安全氣囊系統(tǒng)，駕駛員在駕車(chē)的時(shí)候必須系上安全帶，跳高運(yùn)動(dòng)員落地處墊有厚厚的海綿，跳遠(yuǎn)落地點(diǎn)設(shè)在鋪有厚厚沙子的沙坑里，體操運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)會(huì)先屈膝，裝在瓦楞紙盒里面的玻璃器皿不容易碰破，家電包裝箱里套有硬泡沫塑料，輪船靠岸時(shí)碼頭上裝有橡皮輪胎，搭乘電梯降落到底層時(shí)會(huì)有緩沖器緩沖等，這些都是利用動(dòng)量定理延長(zhǎng)作用時(shí)間，以減小受到的作用力。有時(shí)我們也需減小作用時(shí)間，以得到較大的作用力。如釘釘子用鐵錘，而不用橡皮錘;工人用沖床沖壓鋼板等。

下面我們一起動(dòng)手來(lái)做幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)

雞蛋若干個(gè)、泡沫墊、裝有清水的玻璃杯、紅磚、漢語(yǔ)詞典、象棋、A4紙條、鐵錘、空易拉罐若干個(gè)、頭盔。（圖1）

盛有清水的玻璃杯上放張A4紙條，紙上再放一象棋，用一水平力緩慢拉紙條，象棋隨紙條一起運(yùn)動(dòng)，若迅速拉動(dòng)紙條，發(fā)現(xiàn)象棋掉在水杯里。（圖2）

將空易拉罐壘成圖示寶塔狀，3張紙條分別壓在上層、中層、下層易拉罐下，要想把紙條從“寶塔”下取出，又要保證“寶塔”不倒，應(yīng)該緩緩地將紙條抽出，還是快速地將紙條抽出來(lái)？（圖3）

這里用雞蛋模擬人的胸腹部，4個(gè)雞蛋放于泡沫墊上，雞蛋上面依次放一本漢語(yǔ)詞典、一塊紅磚、一塊瓷板。鐵錘猛擊瓷板，觀察蛋碎瓷全還是瓷碎蛋全。（圖4）

取一個(gè)雞蛋從同一高度靜止釋放，第一次落入泡沫袋墊上，第二次落入水泥紅磚面上，觀察現(xiàn)象。（圖5）

頭盔下放一雞蛋，鐵錘猛砸頭盔，盔下雞蛋安然無(wú)恙。（圖6）