Почему, когда мы подпрыгиваем в салоне самолета, летящего со скоростью сотни километров в час, мы приземляемся в той же точке, а не врезаемся в хвост лайнера? В новом выпуске StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Райс разбирают физику инерции и систем отсчета, попутно объясняя, почему правила авиабезопасности — это не просто прихоть бортпроводников.
🚀 Физика «мультяшная» против настоящей 0:00
Многие люди, по словам Чака Райса, всерьез опасаются, что прыжок в проходе самолета, летящего со скоростью более 800 км/ч, может привести к мгновенному столкновению с задней стенкой салона . Нил Деграсс Тайсон иронично называет это «законами физики братьев Уорнер» (Warner Brothers) — ситуацией, когда персонаж мультфильма начинает падать с обрыва только тогда, когда осознает, что под ногами нет опоры .
В реальности же работают законы инерции. Тайсон объясняет базовый принцип физики:
- Когда самолет летит с постоянной скоростью (например, 900 км/ч), всё внутри него движется с такой же скоростью .
- Это касается пассажиров, воздуха в кабине и даже мухи, которая случайно залетела в самолет перед закрытием дверей .
- Если скорость постоянна, то внутри этой системы отсчета вы не чувствуете движения. С точки зрения физики в этот момент вы неподвижны относительно самолета .
Именно поэтому, подпрыгнув вертикально вверх, человек приземлится ровно в ту же точку, откуда оторвался .
🌍 Масштаб движения: прыжок длиной в три квартала 2:51
Чтобы наглядно показать разницу между восприятием пассажира и внешнего наблюдателя, Тайсон приводит расчеты на примере скорости 600 миль в час (около 965 км/ч) :
- Эта скорость эквивалентна 10 милям в минуту.
- Следовательно, за одну секунду самолет пролетает около 1/6 мили.
- В условиях Нью-Йорка, где в одной миле 20 кварталов, это составляет примерно 3 городских квартала в секунду .
Таким образом, если вы подпрыгнете и проведете в воздухе ровно одну секунду, для вас ничего не изменится. Однако сторонний наблюдатель, находящийся вне самолета, увидит, что за время вашего прыжка вы переместились вперед на расстояние трех кварталов, прочертив в пространстве идеальную параболическую дугу .
В качестве классического школьного примера Тайсон напоминает об опыте с моделькой поезда . Если в дымоход движущегося игрушечного паровоза установить пружину с шариком для пинг-понга, при выстреле шарик взлетит вертикально и упадет обратно в трубу. Это происходит потому, что шарик уже обладал импульсом движения поезда вперед, а пружина добавила ему лишь вертикальное ускорение .
🛑 Почему прыжки во время посадки опасны 5:14
Ситуация кардинально меняется, когда судно перестает двигаться с постоянной скоростью. Тайсон утверждает, что «путешествие» по салону с помощью прыжков технически возможно в моменты ускорения или торможения .
- Торможение: В момент касания полосы включается реверс тяги и тормоза. Если самолет замедляется с 200 до 180 миль в час, пока вы находитесь в прыжке, ваше тело сохраняет скорость 200 миль в час . В результате вы приземлитесь значительно ближе к кабине пилотов, чем планировали .
- Безопасность: Именно из-за изменения скорости (ускорения или деселерации) бортпроводники требуют пристегивать ремни. Любое изменение вектора движения самолета мгновенно меняет положение пассажира относительно фюзеляжа .
Чак Райс в шутку интересуется, почему кресла требуют приводить в вертикальное положение . По мнению Тайсона, два с половиной дюйма наклона спинки вряд ли спасут при катастрофе, однако это критически важно для эвакуации: ровные ряды кресел создают четкие пути отхода, которые не перекрываются хаотично откинутыми спинками .
🛗 Эксперименты в лифтах и «эффект невесомости» 9:03
В завершение беседы Нил Деграсс Тайсон поделился детскими воспоминаниями об экспериментах в лифтах Нью-Йорка . Суть эксперимента заключается в том, чтобы подпрыгнуть в определенный момент движения кабины:
- Прыжок при остановке едущего вверх лифта: Если подпрыгнуть в момент, когда лифт начинает замедляться перед остановкой наверху, ваше тело сохраняет восходящий импульс. В итоге вы пролетаете большее расстояние относительно пола лифта и чувствуете «провал» в животе, как на американских горках .
- Прыжок при начале движения: Если сделать это в противоположной фазе, можно почувствовать эффект «сплющивания» (pancaking), так как пол лифта движется навстречу телу быстрее, чем ожидает мозг .
«Находиться в воздухе, пока объект, к которому вы были прикреплены, меняет скорость — это очень крутое ощущение», — резюмирует ученый .
