Автор вопроса прав, полагая, что в определенный момент муха неподвижна. Но в этот момент она не ударяется о переднюю часть поезда.
При соприкосновении ветрового стекла поезда с мухой (пренебрежем тем фактом, что поезд гонит перед собой стену воздуха) мухе придается ускорение, направленное вперед, к поезду. За очень краткий, но конечный период времени, который требуется поезду, чтобы преодолеть расстояние, равное длине тела мухи, муха сплющивается и приобретает ускорение. Таким образом, в момент, когда муха становится неподвижной, ее передняя часть процентов на десять успевает стать шлепком на окне поезда. При этом скорость поезда остается постоянной. К тому времени, как о стекло полностью разобьется остаток мухи, что при скорости 200 километров в час произойдет на 2 х 10-4 секунды позже, муха наберет ускорение в соответствии со скоростью поезда и будет продолжать двигаться вместе с ним в совершенно расплющенном виде.
А если подойти к вопросу более педантично, то по законам сохранения количества движения поезд слегка замедлит ход, но затем быстро восстановит первоначальную скорость. Ускорение, которое ощутит муха, если ее разгоняют до скорости 200 километров в час на дистанции в 1 сантиметр, составит 3 х 105 м/с2, или около 30 000 джоулей. На муху весом 1 грамм и на окно действует сила около 300 ньютонов.
Когда поезд сталкивается с мухой, передние несколько нанометров ветрового стекла в месте соприкосновения на миг останавливаются, а следующие несколько нанометров подвергаются упругой деформации; остальная часть поезда продолжает двигаться полным ходом.
После столкновения сжатый материал ветрового стекла восстановит форму, его передний край наберет ускорение и снова достигнет прежней скорости. Следов столкновения на нем практически не останется (если не считать следов неупругой деформации мухи).
Все вышеописанное — пример чрезмерного упрощения, поскольку на практике перед поездом будет двигаться волна упругого напряжения, передняя поверхность поезда — вибрировать, пока не прекратится движение, но эти частности не играют роли в нашем случае столкновения мухи и поезда. Если массы примерно одинаковы, как при столкновении автомобилей, дополнительные перемещения внутри каждой могут иметь большое значение, например, если от них зависит характер травм, полученных пассажирами.
Давая объяснения столкновению мухи с поездом, читатели приняли во внимание многочисленные аспекты — от длины мухи до пластичности ветрового стекла (а если муха ударится о котел?).
Но все авторы ответов упустили из виду подоплеку вопроса — скорее философскую, нежели физическую. Потому что словом «муха» заменено выражение «один атом мухи». Это еще один вариант парадокса Зенона Элейского. Примерно в 450 году до н. э. он сказал, что движущийся объект постоянно находится в движении, однако в любой конкретный момент времени имеет определенные координаты (т. е. является неподвижным). Человек не в состоянии увидеть, измерить или вообразить бесконечно малое время — точно так же мы не можем представить себе бесконечность. И никогда не сможем.
«Недавно я на благотворительной акции прыгала с парашютом. Помимо страха высоты меня тревожила большая дыра в куполе парашюта. Зачем она нужна? Помогает ли она снизить торможение парашюта?»
До появления полюсного отверстия (той самой пугающей дыры в куполе) воздух из парашюта можно было выпустить только из-под одного края, а для этого наклонить парашют, причем беспомощный парашютист кренился набок.
При обратном движении парашюта воздух выходил из-под противоположного края, возникало равномерное движение, напоминающее колебания маятника (убедитесь в этом сами, посмотрев кадры с парашютистами времен Второй мировой войны).
Понятно, что такой спуск на землю чрезвычайно опасен, особенно в ветреный день. Полюсное отверстие, через которое воздух медленно уходит из купола, препятствует колебаниям и обеспечивает большую безопасность посадки.
Еще одно достоинство полюсного отверстия в том, что оно замедляет раскрытие парашюта. Без этого отверстия воздух резко врывается в купол и может повредить его или вызвать слезы у парашютиста (мужчинам это не к лицу).
«Почему в самолетах такие маленькие окошки и почему они размещены так низко на фюзеляже, что многим людям приходится наклоняться, чтобы увидеть другие самолеты на аэродроме?»
Как и многие другие конструкционные особенности самолетов, размещение различных деталей — своего рода компромисс. Конструкторам самолетов жилось бы гораздо легче, если бы в самолетах вообще не предусматривались иллюминаторы, но мы по-прежнему считаем, что они должны быть.
Британские конструкторы утратили положение лидеров в сфере производства реактивных авиалайнеров после ряда аварий самолетов de Havilland Comet в середине XX века отчасти из-за усталости металла вокруг иллюминаторов, которая привела к разрушению конструкций.
Иллюминаторы по-прежнему остаются обязательным элементом самолетов, но их стараются делать как можно меньше. В наши дни диаметр иллюминаторов всего 33 сантиметра. В них три рамы: две герметично закупоренные и третья внутренняя, чтобы пассажиры не добрались до двух первых и не повредили их. Рамы объединены в один оконный пакет, который прочно встроен в стенку фюзеляжа.
Разумеется, иллюминатор гораздо тяжелее и обходится дороже, чем тонкий лист алюминия, который заменяет, поэтому фюзеляж приходится укреплять, чтобы он выдержал рамы. Увеличение веса означает, что самолет может принять на борт меньше пассажиров и багажа, и это снижает потенциальные доходы авиакомпаний.
Эксплуатация иллюминаторов тоже представляет проблему — они не только царапаются и бьются, через них происходит также утечка воздуха из салона, они подвержены конденсации и обледенению.
Расположение иллюминаторов зависит от модели самолета, но обычно конструкторы стараются размещать их центр чуть ниже уровня глаз сидящих пассажиров. С земли иллюминаторы кажутся низковатыми, но в полете дают возможность смотреть на землю. Если поднять иллюминаторы повыше, это почти ничего не даст. Поскольку сиденья расположены в самой широкой части круглого или овального фюзеляжа, иллюминаторы будут обращены вверх под утлом 10–15°. При этом в полете пассажир будет видеть только небо. Кроме того, если верх иллюминатора окажется на уровне глаз, солнце будет слепить их. Пассажирам придется опускать жалюзи, а это значит, что можно было бы обойтись вообще без иллюминаторов.
Полезно было бы делать иллюминаторы более толстыми, но, как я уже говорил, это непрактично из-за увеличения веса.
Кроме того, не забывайте, что каждый гражданский самолет, летающий сегодня, был разработан по крайней мере десять лет назад, а некоторые приступили к службе 40 лет назад. За это время изменились и
