小鸟真能撞坏飞机?

黄才发

2019年8月15日，俄罗斯乌拉尔航空一架空客A321飞机在莫斯科郊区茹科夫斯基机场起飞时与一群海鸥相撞，鸟群击中发动机导致其大面积运行中断，飞机最终在离跑道一公里多远的玉米田紧急迫降。

但好运并不总是伴随这类飞机。小鸟撞向飞机，最严重的后果就是机毁人亡！1994年，伦敦希思罗机场一架波音-747客机撞上一群鸽子后坠毁，机上350名乘客全部遇难。1995年，美国空军的一架E-3预警机起飞时，遭到30多只鸟的撞击，最终飞机坠毁，机上24人无一幸免。2000年，俄罗斯一架安-8运输机发动机吸入一只野天鹅在刚果坠毁，造成21人死亡。

小鸟真能撞坏飞机？惨痛的事实告诉我们：的确能。也许有人会疑惑：体型小、重量轻的鸟类，与钢筋铁骨的飞机相撞应该是以卵击石的效果，为什么能把飞机撞坏？

这是因为破坏主要来自飞行器的速度而非鸟类本身的质量，也与撞击时间太短暂有关。这涉及的是动量定理知识。我们知道，描述运动会用速度这个物理量，质量和速度的乘积定义为动量，力和时间的乘积定义为冲量，合外力的冲量等于动量的变化量，这就是动量定理。通俗地说，生活中鸡蛋落在水泥地上容易破碎，同一高度落下的鸡蛋落在海绵垫上不容易破碎，这是因为落地前后鸡蛋动量变化量相同，但落在水泥地上时间短，则力就大;落在海绵垫上缓冲时间长，则力就小。当铁锤以一定速度敲打钉子，由于作用时间很短，撞击力大，钉子就很容易钻入木板了。我们可以对小鸟撞飞机做个简单计算。假设鸟的质量1千克，鸟的速度约50米每秒，飞机的速度取300米每秒，取撞击时间0.2毫秒，选小鸟为对象，据动量定理可求出当小鸟受到约1750000牛顿的撞击力，这百万牛顿的撞击力绝不亚于一颗炮弹对飞机的威胁，更何况鸟撞向飞机的发动机等较薄弱和要害之处时，如此巨大的撞击力造成机毁人亡就毫不稀奇了。

同理，高速行进的动车、起飞的火箭、降落的航天飞机若遭遇飞行物撞击，结果也很严重！2013年6月2日，杭州至北京的高铁驾驶舱前挡风玻璃被一只飞鸟撞击，玻璃破损严重。2003年的哥伦比亚号航天飞机返航时解体，就是因为起飞时遭遇了一块脱落的泡沫保温材料撞击受损所致，结果是航天飞机解体，7名宇航员遇难！

动量定理是动力学的普遍定理之一，常用于解决涉及力作用时间问题，物体相互作用问题时，动量定理是力对时间的积累效应，使物体的动量发生改变，适用范围很广，在生产生活中的作用更不容忽视。轿车上装有安全气囊系统，驾驶员在驾车的时候必须系上安全带，跳高运动员落地处垫有厚厚的海绵，跳远落地点设在铺有厚厚沙子的沙坑里，体操运动员落地时会先屈膝，装在瓦楞纸盒里面的玻璃器皿不容易碰破，家电包装箱里套有硬泡沫塑料，轮船靠岸时码头上装有橡皮轮胎，搭乘电梯降落到底层时会有缓冲器缓冲等，这些都是利用动量定理延长作用时间，以减小受到的作用力。有时我们也需减小作用时间，以得到较大的作用力。如钉钉子用铁锤，而不用橡皮锤;工人用冲床冲压钢板等。

下面我们一起动手来做几个小实验

鸡蛋若干个、泡沫垫、装有清水的玻璃杯、红砖、汉语词典、象棋、A4纸条、铁锤、空易拉罐若干个、头盔。（图1）

盛有清水的玻璃杯上放张A4纸条，纸上再放一象棋，用一水平力缓慢拉纸条，象棋随纸条一起运动，若迅速拉动纸条，发现象棋掉在水杯里。（图2）

將空易拉罐垒成图示宝塔状，3张纸条分别压在上层、中层、下层易拉罐下，要想把纸条从“宝塔”下取出，又要保证“宝塔”不倒，应该缓缓地将纸条抽出，还是快速地将纸条抽出来？（图3）

这里用鸡蛋模拟人的胸腹部，4个鸡蛋放于泡沫垫上，鸡蛋上面依次放一本汉语词典、一块红砖、一块瓷板。铁锤猛击瓷板，观察蛋碎瓷全还是瓷碎蛋全。（图4）

取一个鸡蛋从同一高度静止释放，第一次落入泡沫袋垫上，第二次落入水泥红砖面上，观察现象。（图5）

头盔下放一鸡蛋，铁锤猛砸头盔，盔下鸡蛋安然无恙。（图6）