从四万米高空“自由落体”,他靠自己突破了音速!说到自由落体,相信所有老师在讲课时都会随手掏出一物,一松手,“看,这就是自由落体。”但是自由落体有个不好的地方,那就是重力加速度g有点大,导致时间很短。哪怕老师的个子再高,站在桌子上抬胳膊演示,我们也只能看到0.9秒钟的自由落体。
于是就有人问了,我想让时间久点,最多能落多久呢?想一想,其实很简单,根据下落高度越高,时间越长。
那么,不如我们来看一项著名的极限运动——高空跳伞。人类能做到的最高的高空跳伞是多高呢?2012年10月15日,菲利克斯·鲍姆加特纳的震撼一跳在YouTube上吸引了超过800万人观看——他从39045米跳下,成为了第一个不借助动力突破音速的人,也创造了最高乘气球飞行、最高跳伞和最快自由落体降落的三项纪录(目前最高飞行跳伞纪录已被阿兰·尤斯塔斯以41419米打破)。
四万米高空是什么概念?
大气的最底层,也就是我们生活的对流层,厚度平均为12公里,和我们息息相关的所有天气现象都发生在这里,平均每上升100米,气温下降0.65℃。从对流层再向上55公里是平流层。这里没有云,几乎没有水汽,天气晴朗,由于有臭氧吸收紫外线,所以越向上温度反而越高,大气以水平运动为主,非常平稳。坐飞机的话,一般都会上升到对流层顶、平流层底。这也是为什么飞机除了起飞、降落之外,其余时间都非常平稳。
一般来说,客机的最大巡航高度只有一万多米,高空侦察机也只能上升到两万多米。而四万米,已经到达了平流层的中上层,是名副其实的天空边缘。
“自由落体”有哪些危险?四万米高的平流层,最要命的是气压。因为气压和温度不同,随着高度升高,空气是越来越稀薄的。我们知道气压越低,水的沸点也就越低。到了两万米左右,接近真空的气压会让水的沸点降到37℃。
所以在四万米的高度上,人的体液都会沸腾蒸发,鲍姆加特纳必须穿定制的增压服,才能安全到达起跳高度。气压问题能靠增压服解决,但自由落体时的水平螺旋也同样危险。不会控制姿态的跳伞者会在空中像风车一样旋转,体内的血液被甩到头和脚,大脑会因为高血压而失去意识。因为身穿密闭的增压服,鲍姆加特纳感受不到气流,加上稀薄的空气无法帮助减速,所以他无法从容控制身体的姿态,一旦发生无法控制水平螺旋的情况,后果不堪设想。
幸运的是,这次创纪录的自由落体有惊无险地完成了,鲍姆加特纳采用了头朝下、两臂后掠的三角形姿态下落。40秒后,在30公里的高度,他的速度到达顶峰——1342km/h,约等于当地气温下的1.24倍音速,成为了第一个不借助动力突破音速的人。3分30秒后,鲍姆加特纳的速度开始下降,4分16秒时,开伞。起跳10分钟后,他安全落地,完成了这一伟大壮举。
为什么他会在三万米处达到最高速度,之后又减速了?这是因为大气层中有空气阻力的存在,下落过程并不完全符合我们学到的“自由落体”。由于高空大气密度非常小,加速很容易。但随落体速度不断加快,空气阻力也不断上升,让他在达到1.24倍音速的极限后无法再提升。随着高度降低,空气密度增加,他的速度开始下降。打开降落伞后阻力进一步增大,从而安全落地。