到底是谁先开的枪?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-03-27 10:42:56

本文通过分析列车上的枪战和飞机窗户形状的问题,探讨了相对论中的参考系问题以及工程设计中的应力集中问题。

一辆以0.6倍光速运动的列车上发生了枪战,在一节长十米的车厢内,A躺在车厢后部,B倒在车厢前部。站台上的人作证:枪战是由A挑起的。但是,车上的乘客却提供了相反的情况,他们说:“是B先开枪,过了10毫微秒,A才动手。”那么,问题来了——为什么以车站为参考系就是A先开枪?以列车为参考系就是B先开枪?到底是谁先开的枪呢?

其实最初飞机的窗户并不是椭圆形的,而是和我们日常生活中看到的一样,是矩形的。

但是随着技术的不断提高,飞机不断普及,为了减少飞行阻力、降低油耗以及避免低压层的气流,飞机飞得越来越高,对此,飞机也做出了相应的调整,比如对飞机内部进行密封加压,好让旅客在内部能够生存,以及将机身改为圆柱体,因为这样能承受较大的内部压力。但这反过来又会制造一个内部空气和外界空气之间的压力差。随着飞机飞得越高,这个压力差就会越大,因此,飞机的机身会出现轻微的扩张,压力会使得机身材料发生形变。

起初在进行这些调整时,工程师们并没有意识到窗户的形状有何不妥,依旧采用矩形窗户,直到几起坠机事故的发生,飞机窗户的形状问题才被重视。

由于机舱内压力很大,当窗户形状为矩形的时候,在四个角上会发生应力集中,容易在内部产生裂纹,而飞机在飞行过程中承受着各种载荷,这都对机身的材料造成一定程度上的破坏,这些载荷和内部的裂纹共同作用下就会导致飞机的机身材料断裂,造成事故。虽然椭圆形的窗户也会造成一定程度的应力不平均,但是相比矩形来说已经好很多了。

所以飞机的窗户设计成椭圆形不仅仅是为了美观,更重要的是可以减弱材料应力集中程度,从而保证飞机的飞行寿命及乘客的人身安全。

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