В новом выпуске подкаста StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его постоянный соведущий Чак Найс разбирают одну из самых пугающих тем для авиапассажиров — турбулентность. Ученый объясняет физику процесса через популярные интернет-аналогии, рассказывает о невероятной гибкости самолетных крыльев и объясняет, почему полет сквозь ураган может быть безопаснее, чем кажется на первый взгляд.
🍮 Аналогия с желе: почему она не всегда работает 0:29
Поводом для дискуссии стало популярное видео из TikTok, автор которого пытался успокоить людей, боящихся летать . В этом ролике самолет в воздухе сравнивался с кусочком фрукта внутри желе: поскольку воздух вокруг самолета движется как единая масса, самолет просто перемещается вместе с ним, и риск того, что он развалится на части, якобы отсутствует .
Нил Деграсс Тайсон отмечает, что хотя эта посылка понятна, она не учитывает важные физические нюансы, связанные с масштабом явлений:
- Масштаб турбулентной ячейки. По словам Тайсона, если область турбулентности (ячейка) больше самого самолета, то судно действительно движется целиком вместе с воздушной массой, что безопасно для конструкции .
- Риск кручения (торка). Однако если карманы турбулентности по размеру меньше самолета, возникают опасные нагрузки. По мнению Тайсона, в такой ситуации разные части самолета (крылья, нос или хвост) могут испытывать разнонаправленные силы, что создает серьезное напряжение в металле .
- Ошибка выжившего. Ученый иронично замечает, что автор ролика в TikTok может говорить о безопасности только потому, что он выжил. «Вы не можете взять интервью у тех, кто погиб в катастрофе, вызванной турбулентностью, которая всё-таки разрушила самолет», — подчеркивает Тайсон .
💺 Зачем на самом деле нужны ремни безопасности 3:42
Продолжая аналогию с желе, Тайсон объясняет принципиальное различие между фруктом в десерте и пассажиром в кресле. В отличие от кусочка персика, который плотно впаян в структуру желе, человек в самолете находится в свободном пространстве (своеобразной «микро-квартире» внутри желе) .
Основные риски при сильной болтанке, по мнению Тайсона, связаны не с разрушением корпуса, а с инерцией человеческого тела:
- Отрыв от опоры. Если самолет резко проваливается вниз («воздушная яма»), он делает это быстрее, чем тело пассажира успевает среагировать под действием гравитации .
- Травмы головы. Без ремня безопасности пассажир рискует буквально «врезаться» головой в потолок самолета, так как судно уходит вниз, а человек на мгновение остается на месте или движется вверх по инерции .
- Функция ремня. Тайсон утверждает, что ремень безопасности выполняет важнейшую физическую задачу: он «привязывает вас к желе», делая пассажира единым целым с конструкцией самолета . В этом случае вы просто вибрируете вместе с судном, не рискуя получить перелом шеи о потолочную панель.
🌀 Охотники за ураганами: физика полета в эпицентре шторма 5:59
Обсуждая экстремальные условия, собеседники затронули работу специалистов NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований), которые намеренно влетают в ураганы на специально оборудованных самолетах .
Тайсон объясняет, почему это технически возможно и относительно безопасно:
- Относительная скорость. Ветер в урагане пятой категории движется по кругу со скоростью около 200 миль в час (320 км/ч). Скорость самолета составляет примерно 500 миль в час (800 км/ч) .
- Эффект «ускорения». При входе в зону ветра самолет может получить дополнительный импульс. Относительно земли его скорость возрастет, но относительно движущейся воздушной массы (того самого «желе») полет остается стабильным .
- Опасность на земле против воздуха. По мнению Тайсона, ураганы разрушительны для стационарных объектов (домов, заправок, лодок), потому что те прикреплены к земле и сопротивляются потоку. Самолет же является частью этого потока .
Единственной реальной угрозой в такой ситуации Чак Найс и Нил Тайсон в шутку называют «летающих коров» или обломки домов, как в фильме «Волшебник страны Оз», если самолет летит слишком низко .
🏗️ Как испытывают крылья на излом 8:09
Многих пассажиров пугает вид вибрирующих крыльев за окном. Тайсон успокаивает: современные самолеты проектируются с колоссальным запасом прочности, который проверяется в ходе наземных испытаний .
- Статические испытания. При создании прототипа крылья буквально сгибают вверх с помощью тросов и лебедок, пока они не сломаются, чтобы зафиксировать критическую точку нагрузки .
- Компьютерное моделирование. В настоящее время инженеры всё чаще используют высокоточные симуляции для расчета точек напряжения в металле, однако физические тесты остаются «золотым стандартом» .
- Аналогия с подвеской. Тайсон сравнивает крылья со стойками и амортизаторами автомобиля. Они должны поглощать удары (ямы на дорогах или порывы ветра в небе), но всегда существует теоретический предел — «та самая выбоина», которая может сломать конструкцию .
🚁 Ламинарный поток против «избиения воздуха» 11:05
В завершение беседы Чак Найс вспомнил слова знакомого физика, который недолюбливал вертолеты. По его мнению, вертолеты не «летают» в классическом смысле, а «избивают воздух до состояния покорности» .
Тайсон использует этот пример, чтобы объяснить разницу в типах воздушных потоков:
- Турбулентность. Это состояние, когда воздух отрывается от поверхности крыла и создает частичный вакуум, в который стремительно затягивается окружающий воздух, образуя завихрения. Это создает сопротивление и нестабильность .
- Ламинарный поток. В идеальных условиях воздух должен обтекать крыло слоями, плавно следуя за его поверхностью. Именно такое плавное обтекание (laminar flow) обеспечивает наиболее эффективный и спокойный полет .
В шутливой манере Чак Найс предложил современным рэп-исполнителям использовать термин «ламинарный поток» для описания своего ритма и стиля исполнения (flow), на что Тайсон заметил, что это звучало бы как минимум научно обоснованно .
