小鳥真能撞壞飛機?

黃才發

2019年8月15日，俄羅斯烏拉爾航空一架空客A321飛機在莫斯科郊區茹科夫斯基機場起飛時與一群海鷗相撞，鳥群擊中發動機導致其大面積運行中斷，飛機最終在離跑道一公里多遠的玉米田緊急迫降。

但好運并不總是伴隨這類飛機。小鳥撞向飛機，最嚴重的后果就是機毀人亡！1994年，倫敦希思羅機場一架波音-747客機撞上一群鴿子后墜毀，機上350名乘客全部遇難。1995年，美國空軍的一架E-3預警機起飛時，遭到30多只鳥的撞擊，最終飛機墜毀，機上24人無一幸免。2000年，俄羅斯一架安-8運輸機發動機吸入一只野天鵝在剛果墜毀，造成21人死亡。

小鳥真能撞壞飛機？慘痛的事實告訴我們：的確能。也許有人會疑惑：體型小、重量輕的鳥類，與鋼筋鐵骨的飛機相撞應該是以卵擊石的效果，為什么能把飛機撞壞？

這是因為破壞主要來自飛行器的速度而非鳥類本身的質量，也與撞擊時間太短暫有關。這涉及的是動量定理知識。我們知道，描述運動會用速度這個物理量，質量和速度的乘積定義為動量，力和時間的乘積定義為沖量，合外力的沖量等于動量的變化量，這就是動量定理。通俗地說，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，這是因為落地前后雞蛋動量變化量相同，但落在水泥地上時間短，則力就大;落在海綿墊上緩沖時間長，則力就小。當鐵錘以一定速度敲打釘子，由于作用時間很短，撞擊力大，釘子就很容易鉆入木板了。我們可以對小鳥撞飛機做個簡單計算。假設鳥的質量1千克，鳥的速度約50米每秒，飛機的速度取300米每秒，取撞擊時間0.2毫秒，選小鳥為對象，據動量定理可求出當小鳥受到約1750000牛頓的撞擊力，這百萬牛頓的撞擊力絕不亞于一顆炮彈對飛機的威脅，更何況鳥撞向飛機的發動機等較薄弱和要害之處時，如此巨大的撞擊力造成機毀人亡就毫不稀奇了。

同理，高速行進的動車、起飛的火箭、降落的航天飛機若遭遇飛行物撞擊，結果也很嚴重！2013年6月2日，杭州至北京的高鐵駕駛艙前擋風玻璃被一只飛鳥撞擊，玻璃破損嚴重。2003年的哥倫比亞號航天飛機返航時解體，就是因為起飛時遭遇了一塊脫落的泡沫保溫材料撞擊受損所致，結果是航天飛機解體，7名宇航員遇難！

動量定理是動力學的普遍定理之一，常用于解決涉及力作用時間問題，物體相互作用問題時，動量定理是力對時間的積累效應，使物體的動量發生改變，適用范圍很廣，在生產生活中的作用更不容忽視。轎車上裝有安全氣囊系統，駕駛員在駕車的時候必須系上安全帶，跳高運動員落地處墊有厚厚的海綿，跳遠落地點設在鋪有厚厚沙子的沙坑里，體操運動員落地時會先屈膝，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，輪船靠岸時碼頭上裝有橡皮輪胎，搭乘電梯降落到底層時會有緩沖器緩沖等，這些都是利用動量定理延長作用時間，以減小受到的作用力。有時我們也需減小作用時間，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。

下面我們一起動手來做幾個小實驗

雞蛋若干個、泡沫墊、裝有清水的玻璃杯、紅磚、漢語詞典、象棋、A4紙條、鐵錘、空易拉罐若干個、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，象棋隨紙條一起運動，若迅速拉動紙條，發現象棋掉在水杯里。（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，應該緩緩地將紙條抽出，還是快速地將紙條抽出來？（圖3）

這里用雞蛋模擬人的胸腹部，4個雞蛋放于泡沫墊上，雞蛋上面依次放一本漢語詞典、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，觀察現象。（圖5）

頭盔下放一雞蛋，鐵錘猛砸頭盔，盔下雞蛋安然無恙。（圖6）