牛頓告訴我們,世間萬(wàn)物都受到萬(wàn)有引力的影響,它就像一只無(wú)形的手,將質(zhì)量較小的物體緊緊抓住,拽向質(zhì)量較大的物體。在萬(wàn)有引力的作用下,每年都有很多小型天體被地球吸引過(guò)來(lái)。當(dāng)它們進(jìn)入大氣層之后,在高速狀態(tài)下與空氣發(fā)生劇烈摩擦,產(chǎn)生高溫高壓,使周圍的空氣發(fā)生電離現(xiàn)象,并形成反彈激波作用于小型天體,使這些小型天體發(fā)生劇烈燃燒,或者直接解體成無(wú)數(shù)碎塊。
絕大多數(shù)的小型天體在墜落到地面之前就會(huì)燃燒殆盡,只有很少一部分質(zhì)地堅(jiān)硬、質(zhì)量較大的天體才會(huì)墜落到地面上,成為隕石。
以此推論,如果我們從飛機(jī)上扔下一個(gè)生雞蛋,是否也會(huì)像小型天體那樣經(jīng)歷一個(gè)劇烈的摩擦過(guò)程,然后變成一個(gè)熟雞蛋呢?
要想回答這個(gè)問(wèn)題,我們首先要清楚地界定飛機(jī)的飛行高度。我們通常所說(shuō)的飛機(jī),并不是指航天飛機(jī),而是指一般的民航客機(jī)。航天飛機(jī)和民航客機(jī)的飛行高度有著天壤之別,航天飛機(jī)的飛行高度能達(dá)到200公里,而民航客機(jī)的飛行高度一般僅為8000~12000米。
為什么要界定飛機(jī)的飛行高度呢?因?yàn)樵诓煌娘w行高度下,雞蛋被扔下后面臨的命運(yùn)截然不同。這里我們只討論民航客機(jī)的飛行高度,也就是以8000~12000米的高度為準(zhǔn)。
在這個(gè)高度范圍內(nèi),由于地球的熱量主要來(lái)自于地面接收到的太陽(yáng)的輻射能,所以距離地面越遠(yuǎn),受到地面的輻射越小,溫度也就越低。一般而言,高度每上升100米,溫度就要下降0.6 。假設(shè)海平面的溫度為20 ,那么萬(wàn)米高空(距離地面10000米)的溫度就是-40 左右。
這樣一來(lái),從萬(wàn)米高空的飛機(jī)上扔下一個(gè)生雞蛋,首先這個(gè)生雞蛋會(huì)被凍住。雞蛋主要由外面的一層硬殼、中間的一層蛋清和最里面的一層蛋黃構(gòu)成,主要成分包括水、蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等,其實(shí)主要是水。
在-40 的環(huán)境下,雞蛋中的水分會(huì)結(jié)冰導(dǎo)致體積發(fā)生膨脹,進(jìn)而撐破蛋殼,變成一個(gè)裂殼的凍雞蛋。
然后我們?cè)賮?lái)看速度。在雞蛋脫離飛機(jī)的一瞬間,它會(huì)有一個(gè)慣性,這個(gè)慣性就等于飛機(jī)的飛行速度。此外,這個(gè)雞蛋還會(huì)受到垂直向下的地球引力、垂直向上的空氣阻力和水平方向的空氣阻力這三個(gè)力的作用。
在垂直方向上,假設(shè)這個(gè)雞蛋的重量是50克,那么它受到的重力就約等于0.49牛。而空氣阻力與速度的平方成正比,計(jì)算公式為1/2ρcv^2,方向和雞蛋運(yùn)動(dòng)的方向相反。在這兩種力的綜合作用下,這個(gè)雞蛋相對(duì)于飛機(jī)這個(gè)參照物而言,會(huì)先做向后下方的拋物線運(yùn)動(dòng),然后再做勻速向下的運(yùn)動(dòng)。
假設(shè)阻力系數(shù)ρ取1.2kg/m^3,這個(gè)雞蛋迎風(fēng)面積取0.0013m^2。大致?lián)Q算一下,這個(gè)雞蛋脫離飛機(jī)的一瞬間,就會(huì)受到約630牛的空氣阻力。然而,雞蛋在均勻受力的情況下,最多只能承受約333牛的力。因此,這顆雞蛋如果沒(méi)有被凍住,那么它從脫離飛機(jī)的一瞬間就會(huì)被空氣阻力所擊碎。
然而,這個(gè)雞蛋是被凍住的,因此情況就變得復(fù)雜了。
最后,我們?cè)賮?lái)看能量。從萬(wàn)米高空墜落下來(lái)的雞蛋,如果它到達(dá)地面的那一刻仍然沒(méi)有破碎,那么它擁有的總能量就超過(guò)16萬(wàn)焦耳。這些能量在空氣阻力的摩擦下如果全部轉(zhuǎn)化為熱量,那么這些熱量能使雞蛋的溫度上升到700 以上。這樣的熱量足以使整個(gè)雞蛋燒為灰燼。當(dāng)然,這是在單一因素作用下發(fā)生的事情,事實(shí)不可能如此單純。
綜合高度、溫度、速度和能量這幾種因素的影響,從飛機(jī)上扔下一個(gè)生雞蛋,它首先會(huì)被凍住,然后蛋殼裂開(kāi),隨著高度的降低、下落速度的加快,這個(gè)生雞蛋的溫度會(huì)逐漸升高。當(dāng)它解凍以后,在空氣阻力的作用下,這個(gè)雞蛋很快就會(huì)徹底碎裂。
碎裂以后,蛋清、蛋黃與蛋殼分離,四散開(kāi)來(lái)。那么,散開(kāi)以后的蛋液在空氣阻力的摩擦作用下會(huì)不會(huì)變熟呢?
答案是否定的。從高空中落下的雨滴,在墜落到地面上以后我們感受不到它是熱的,原因是雨滴在重力與空氣阻力的綜合作用下會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡速度,在這種速度下它與空氣產(chǎn)生的摩擦力不足以使雨滴的溫度快速上升,更何況,在下落的過(guò)程中它還會(huì)與周圍的空氣發(fā)生熱量交換、自身蒸發(fā)出去一部分熱量。因此,通常情況下,落到地面上的雨滴不僅不熱,反而更涼一些,有時(shí)候接近冰點(diǎn)溫度。蛋液落地的過(guò)程與雨滴類似,因此它不會(huì)變熟。
綜上所述,從萬(wàn)米高空的飛機(jī)上扔下一個(gè)生雞蛋,落地之后必然還是生的,盡管它早已面目全非。