为什么陨石进入大气层后会因摩擦而燃烧,而炮弹、战斗机这些在空气中高速运行的物体不会?

lixin02

可以通过粗略的数学计算来回答这个问题。

陨石在大气层中燃烧,是因为陨石和大气之间的阻力会对陨石做功生成热。一般而言,如果空气分布均匀,物体运动时受到的空气阻力大约与速度的平方成正比。

陨石落到地球上的最小速度也是可以计算出的。陨石从遥远深处飞到地球,和地球的引力势能转化为动能。以无穷远处势能为0,物体引力势能的表达式为-GMm/r,G为万有引力常量,M为地球的质量,m为陨石的质量,r为到地心的距离。引力势能转化为动能,动能的表达式为½mv²。即使陨石的初速度为0,它飞到地球大气层时速度也为地球的第二宇宙速度,即11.2km/s,这是理论上陨石的最小速度,速度大的可以达到70km/s甚至更高。

炮弹的速度一般不超过1000m/s,战斗机、客机一般在高空中才会以较大的速度飞行,因为高空空气稀薄,空气阻力相对小一些。战斗机的速度一般更不会超过1000m/s。

炮弹的速度按照1000m/s,陨石的速度按照最小的11.2km/s计算,阻力与速度的平方成正比,这样相同外形的炮弹和陨石,陨石摩擦发热的功率是炮弹的125倍。如果陨石的速度是15km/s,则陨石摩擦发热的功率是炮弹的225倍。如果客机的飞行速度只有250m/s,陨石的速度是15km/s,则单位面积上陨石的发热功率是飞机的1000倍。

更何况,炮弹设计制造、飞机设计制造时还要考虑减小阻力、防热等多方面的因素。飞机炮弹为何不在空中烧掉,答案显而易见了。


刁博

第一是速度,陨石进入大气层的速度非常快;第二是空气阻力系数,流体力学和空气动力学不是白研究的。


宇宙中陨石的速度本身就非常快,进入大气层时还会被地球引力加速。而且摩擦力和速度的平方成正比,摩擦生热效果等于力乘以速度,也就是和速度的立方成正比。速度增加一倍,热量增加8倍!

空气阻力系数比速度的影响更大,相差十几倍。普通物体风阻系数大约是1,轿车0.28-0.4,飞机可以达到0.08,战斗机更小。进入大气层的陨石什么形状都有,风阻系数大于1很正常。


实际上,还没有听说子弹附带烫伤效果,子弹摩擦生热量很小。陨石进入大气层后也是减速运动,流星总是一闪而过,只有在高空的时候才能发光,因为进入低空的时候已经凉了,当然还是会烫手的。


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