3.在飞机上送信
如果你身处一架高速飞行的飞机里,而飞机刚好经过你非常熟悉的地方。那么,当飞机经过你的朋友的住宅时,你的脑子里突然产生了想要跟他打声招呼的念头,因此,你飞快地在便条纸上写了几个字,然后将纸紧紧地绑在一块石头上,当你乘坐的飞机从这所住宅的上空经过时,你将绑有纸条的石头扔了下去。
就在你信心满满地认为,这块石头一定会降落在你朋友的院子里时,发生了令人出乎意料的事情,石头并未按预期从你朋友的院子里降落!
假如你认真观察一下这块石头从飞机上向地面降落的情景,你会发现一种非常奇特的现象:石头并不像我们想象的那样,从一开始就笔直地下落,而是像被一根看不见的线拴在飞机上一样,跟着飞机飞行一段距离后,才开始下落。当石头降落到地面的时候,你会发现,它的降落地点跟你预想的地点相距甚远。
当然了,导致这种情况的原因依旧是惯性的作用。当石头还在飞机里时,它跟飞机保持相同的速度向前方运动。当你把石头从飞机里扔出去的时候,它并不会立刻失去原先的运动速度,所以,在它下落的同时,它会朝着先前的方向继续前行。石头会做出两种运动,一种是竖直的,另一种是水平的。在它们的共同作用下,会导致这样的结果:石头自始至终都在飞机的下面,沿着一条曲线朝下方降落(在飞机本身并未改变飞行方向以及速度的情况下)。这块石头的飞行轨迹,跟以水平方向被抛出的物体非常相似,犹如一颗子弹从水平方向的枪里被射出去一样,它的飞行轨迹是一条弧线。
不过在这里,我必须指出一点:如果不考虑空气阻力的作用,以上所有的阐述全都是正确的。但是事实上,空气阻力会作用于石头的竖直以及水平的运动,所以我们必须将空气阻力考虑进去,因此,石头并不总是位于飞机的正下方,它的位置和飞机相比要略微靠后一些。
飞机的飞行高度越高,飞行速度越快,那么,石头的飞行轨迹偏离竖直线的幅度就越大。
如果空气中无风的话,飞机在1000m的高空以100km/h的速度飞行,那么,石头从飞机上掉落下来后,降落的地点要比你预想的垂直降落地点靠前约400m(图2)。
图2 从飞行中的飞机上抛下的重物沿曲线下落
假如我们不考虑空气阻力的话,这个计算就会变得非常简单。我们运用匀加速运动的公式,可以得出t=,所以,当石头从1000m的高空降落在地面上时,落地时间为:
在这段时间里,重物在水平方向的位移距离应该是: