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绝大多数的小型天体在坠落到地面之前就会燃烧殆尽 , 只有很少一部分质地坚硬、质量较大的天体才会坠落到地面上 , 成为陨石 。
以此推论 , 如果我们从飞机上扔下一个生鸡蛋 , 是否也会像小型天体那样经历一个剧烈的摩擦过程 , 然后变成一个熟鸡蛋呢?
要想回答这个问题 , 我们首先要清楚地界定飞机的飞行高度 。 我们通常所说的飞机 , 并不是指航天飞机 , 而是指一般的民航客机 。 航天飞机和民航客机的飞行高度有着天壤之别 , 航天飞机的飞行高度能达到200公里 , 而民航客机的飞行高度一般仅为8000~12000米 。
为什么要界定飞机的飞行高度呢?因为在不同的飞行高度下 , 鸡蛋被扔下后面临的命运截然不同 。 这里我们只讨论民航客机的飞行高度 , 也就是以8000~12000米的高度为准 。
在这个高度范围内 , 由于地球的热量主要来自于地面接收到的太阳的辐射能 , 所以距离地面越远 , 受到地面的辐射越小 , 温度也就越低 。 一般而言 , 高度每上升100米 , 温度就要下降0.6℃ 。 假设海平面的温度为20℃ , 那么万米高空(距离地面10000米)的温度就是-40℃左右 。
【从飞机上扔下一个生鸡蛋,落地时鸡蛋是生的还是熟的?】这样一来 , 从万米高空的飞机上扔下一个生鸡蛋 , 首先这个生鸡蛋会被冻住 。 鸡蛋主要由外面的一层硬壳、中间的一层蛋清和最里面的一层蛋黄构成 , 主要成分包括水、蛋白质、脂肪和维生素等 , 其实主要是水 。
在-40℃的环境下 , 鸡蛋中的水分会结冰导致体积发生膨胀 , 进而撑破蛋壳 , 变成一个裂壳的冻鸡蛋 。
然后我们再来看速度 。 在鸡蛋脱离飞机的一瞬间 , 它会有一个惯性 , 这个惯性就等于飞机的飞行速度 。 此外 , 这个鸡蛋还会受到垂直向下的地球引力、垂直向上的空气阻力和水平方向的空气阻力这三个力的作用 。
在垂直方向上 , 假设这个鸡蛋的重量是50克 , 那么它受到的重力就约等于0.49牛 。 而空气阻力与速度的平方成正比 , 计算公式为1/2ρcv^2 , 方向和鸡蛋运动的方向相反 。 在这两种力的综合作用下 , 这个鸡蛋相对于飞机这个参照物而言 , 会先做向后下方的抛物线运动 , 然后再做匀速向下的运动 。
假设阻力系数ρ取1.2kg/m^3 , 这个鸡蛋迎风面积取0.0013m^2 。 大致换算一下 , 这个鸡蛋脱离飞机的一瞬间 , 就会受到约630牛的空气阻力 。 然而 , 鸡蛋在均匀受力的情况下 , 最多只能承受约333牛的力 。 因此 , 这颗鸡蛋如果没有被冻住 , 那么它从脱离飞机的一瞬间就会被空气阻力所击碎 。
然而 , 这个鸡蛋是被冻住的 , 因此情况就变得复杂了 。
最后 , 我们再来看能量 。 从万米高空坠落下来的鸡蛋 , 如果它到达地面的那一刻仍然没有破碎 , 那么它拥有的总能量就超过16万焦耳 。 这些能量在空气阻力的摩擦下如果全部转化为热量 , 那么这些热量能使鸡蛋的温度上升到700℃以上 。 这样的热量足以使整个鸡蛋烧为灰烬 。 当然 , 这是在单一因素作用下发生的事情 , 事实不可能如此单纯 。
综合高度、温度、速度和能量这几种因素的影响 , 从飞机上扔下一个生鸡蛋 , 它首先会被冻住 , 然后蛋壳裂开 , 随着高度的降低、下落速度的加快 , 这个生鸡蛋的温度会逐渐升高 。 当它解冻以后 , 在空气阻力的作用下 , 这个鸡蛋很快就会彻底碎裂 。
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