為什麼隕石進入大氣層後會因摩擦而燃燒,而炮彈、戰鬥機這些在空氣中高速運行的物體不會?

lixin02

可以通過粗略的數學計算來回答這個問題。

隕石在大氣層中燃燒,是因為隕石和大氣之間的阻力會對隕石做功生成熱。一般而言,如果空氣分佈均勻,物體運動時受到的空氣阻力大約與速度的平方成正比。

隕石落到地球上的最小速度也是可以計算出的。隕石從遙遠深處飛到地球,和地球的引力勢能轉化為動能。以無窮遠處勢能為0,物體引力勢能的表達式為-GMm/r,G為萬有引力常量,M為地球的質量,m為隕石的質量,r為到地心的距離。引力勢能轉化為動能,動能的表達式為½mv²。即使隕石的初速度為0,它飛到地球大氣層時速度也為地球的第二宇宙速度,即11.2km/s,這是理論上隕石的最小速度,速度大的可以達到70km/s甚至更高。

炮彈的速度一般不超過1000m/s,戰鬥機、客機一般在高空中才會以較大的速度飛行,因為高空空氣稀薄,空氣阻力相對小一些。戰鬥機的速度一般更不會超過1000m/s。

炮彈的速度按照1000m/s,隕石的速度按照最小的11.2km/s計算,阻力與速度的平方成正比,這樣相同外形的炮彈和隕石,隕石摩擦發熱的功率是炮彈的125倍。如果隕石的速度是15km/s,則隕石摩擦發熱的功率是炮彈的225倍。如果客機的飛行速度只有250m/s,隕石的速度是15km/s,則單位面積上隕石的發熱功率是飛機的1000倍。

更何況,炮彈設計製造、飛機設計製造時還要考慮減小阻力、防熱等多方面的因素。飛機炮彈為何不在空中燒掉,答案顯而易見了。


刁博

第一是速度,隕石進入大氣層的速度非常快;第二是空氣阻力系數,流體力學和空氣動力學不是白研究的。


宇宙中隕石的速度本身就非常快,進入大氣層時還會被地球引力加速。而且摩擦力和速度的平方成正比,摩擦生熱效果等於力乘以速度,也就是和速度的立方成正比。速度增加一倍,熱量增加8倍!

空氣阻力系數比速度的影響更大,相差十幾倍。普通物體風阻係數大約是1,轎車0.28-0.4,飛機可以達到0.08,戰鬥機更小。進入大氣層的隕石什麼形狀都有,風阻係數大於1很正常。


實際上,還沒有聽說子彈附帶燙傷效果,子彈摩擦生熱量很小。隕石進入大氣層後也是減速運動,流星總是一閃而過,只有在高空的時候才能發光,因為進入低空的時候已經涼了,當然還是會燙手的。


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