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你不知道的9-11--你该知道的物理(一)

已有 5623 次阅读 2010-7-21 00:33 |个人分类:你不知道的|系统分类:科普集锦

 9-11震惊了世界,其轰动效应绝对出乎了恐怖分子的预期。本拉登同学使用的武器可以释放一千八百吨TNT炸药的能量,比北韩在2006年10月9号的释放的原子弹还要大。别搞错了,这并不是因为飞机的撞击力。我们来简单估算一下,飞机100吨,飞行速度每小时1000公里,利用动能公式E=1/2mv2 ,飞机在撞击前具有动能40亿焦耳,这些能量全转化为热能,只相当于一吨TNT炸药的能量,比实际的能量小1800倍。这么说飞机的动能不是导致楼倒人亡的主要原因。
         实际上,从建筑设计角度讲,一架普通飞机撞上去,市贸大楼晃都不会晃。如果我们再仔细看一次录像,注意被撞位置的上端,撞上之后,楼上面的部分基本没动,所以撞击本身并没有太大的作用。问题的关键在于飞机所携带的60吨航空燃油。一吨燃油,在空气中充分燃烧可以释放15吨TNT的能量,这样60吨燃油就是900吨TNT爆炸的能量,两架飞机总共释放出1800吨TNT爆炸的能量。
 
 
汽油比TNT储存的能量更大?对,其实巧克力都比TNT含有更高的能量。一条TNT贴条可以炸掉一辆汽车,同样分量的巧克力能量却更高。一块巧克力产生5食物卡路里的能量,而相同的TNT只产生0.65卡路里的热量。看起来惊人,其实合理,TNT像是弹簧,能够把储存的能量瞬间释放出来而达到巨大的破坏作用,它不需要本身有很高的能量。衡量能量多少有很多办法,在核反应中使用当量的概念(吨TNT),一吨TNT相当于一百万食物卡路里。物理上常用的焦耳相当于1/4200食物卡路里。一块电池只能存储相当于百分之一的相同重量的汽油的能量,这就是为什么电池驱动车还没普及的原因。我们会在以后在谈能量的时候再说这个问题。
人类使用可燃烧的油作为武器的有很长的历史,甚至可以追溯到古代的“希腊火”,一战和二战广泛使用烈焰枪,直到越战时臭名昭著的燃烧弹。在阿富汗,美军使用了油气混合的焦土弹对付塔利班。这跟9-11同出一辙,利用汽油能放出的巨大能量。7吨的燃油跟气体充分混合,能放出100吨的TNT的热量,所以,不要扔TNT,那是在浪费飞机的载重,直接投掷汽油更有效,会放出15倍的能量。9-11的恐怖分子没有用剧烈的爆炸来摧毁世贸大厦,用的是能量,慢慢地烧。高能的燃油,巨热产生高温,而高温对应于迅速移动的钢铁里高速移动的分子。当分子高速运动的时候,他们跟相邻的分子作用力就会减少,从而使钢铁本身变得柔软。这是楼最终倒塌的原因。
恐怖分子充分利用了这些物理。默罕默德阿塔从波士顿登机的时候,唯一伴随着他的强烈的意志,没有枪,没有爆炸物,没有长刀。按照当时的安检规定,携带枪来说太危险了,而且也根本用不到。这正是恐怖分子聪明的地方,不需要带任何非法武器。他们所利用的是当时飞行员普遍遵守的法则。这之前,航空突发事件处理原则会告诫飞行员碰到劫机事件,不要争执,不要试图反抗,做劫机犯要求做的。大量之前的事实证明这样是可以避免不必要的人员伤亡。阿塔跟同伙们搭乘了当天最早的航班,以避免因为飞机延误而攻击不能同时进行。选择了航路最长的跨国航班,保证飞机搭载了足够多的燃油。阿塔显然知道9-11将是历史上能轻易劫机的最后一天。这之后,飞行员不再会轻易的被控制,而愤怒的乘客也将使劫机变得非常困难,几个小时以后的美航93号就立刻证明了这一点。


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