如果在啟動的高鐵車廂裡同時遙控一部無人機,無人機是會跟著高鐵跑還是會撞?為什麼?

知心明理


在室內讓一架無人機懸停在空中,此時無人機受到重力和空氣給它的升力作用,根據牛頓運動定律可知,這兩個力的大小相等方向相反。

若是在勻速行駛的高鐵中懸停起一架無人機,此時無人機相對於地面也是在做勻速直線運動。牛頓運動定律再次告訴你,無人機受到的重力和升力大小相等方向相反。你坐在座椅上看著無人機,此時隨著高鐵勻速運動的你也會受到重力和座椅對你的支持力,牛頓運動定律還會告訴你,這兩個力大小相等方向相反。在牛頓力學中,物體靜止或勻速直線運動時,受到的合力為零。合力為零的時候,物體只能處於靜止或勻速運動狀態。

假若有一輛高鐵出了故障,啟動時會猛的一加速,此時你會向後一仰;若是猛的一減速,你會向前傾。那麼剛才懸停在車廂內的無人機會怎麼樣呢?其實和人向前傾向後仰是一個道理,車廂減速的時候無人機會和人一樣向前衝;車廂加速的時候也會和人一樣向後撤。

此時你可能發現了新問題,無人機只受到向下的重力和向上的升力,並且兩個力大小相等方向相反,它應該處在靜止或勻速運動狀態。為何高鐵加速及減速的時候,無人機的運動狀態會發生改變?難道牛頓運動定律在這裡不成立了?

沒錯,牛頓運動定律在這裡就是不成立。牛頓運動定律只適用於慣性系,不適用於非慣性系。靜止的地面是慣性系,相對於一個慣性系靜止或勻速運動的參考系也是慣性系,相對於慣性系做變速運動的參考系是非慣性系。

在無人機的例子中,地面是一個慣性系,房間相對於地面靜止因此也是慣性系。無人機在室內懸停時受力平衡,正好符合牛頓運動定律。勻速行駛的高鐵也是一個慣性系,無人機隨高鐵勻速運動,相對於高鐵靜止的無人機受力平衡,牛頓運動定律依然成立。當高鐵變速運動時,無人機依然相對於地面勻速運動。因此在地面這個慣性系中看無人機,受重力和升力而平衡的無人機合力為零,它的勻速運動正好符合牛頓運動定律。而在車廂非慣性系中,受力平衡的無人機相對於車廂卻是在做變速運動,牛頓運動定律不再成立。

為了讓牛頓運動定律能夠在非慣性系中繼續使用,可以引入“慣性力”這個概念。慣性力是一個虛擬的力,並不是真實存在的,引入慣性力後牛頓運動定律就能夠成立。比如地球是在自轉,嚴格地說來地面也是在做變速運動的,因此也會出現牛頓運動定律不成立的情況。比如物體的自由落體運動,如果地球是嚴格的慣性系,物體做自由落體運動時軌跡應該是豎直的直線,而實際上由於地球是非慣性系,自由落體運動會存在東偏,這種現象叫落體東偏。豎直下落才是符合牛頓運動定律的,落體東偏不符合牛頓運動定律,引入一個慣性力科里奧利力後落體東偏就可以在牛頓力學框架中得到圓滿解釋。

在高鐵突然做變速運動時,受力平衡無人機會相對於高鐵做變速運動。此時也可以引入一個慣性力,這個慣性系的方向和無人機相對於車廂的運動方向一致,這樣就可以用牛頓運動定律解釋無人機的運動了。


刁博


這個問題還是有點意思,就用經典物理理論來談談看法。

這個裡面大家都討論到了慣性,相對靜止等問題,想必這個大家都知道。再看看題主問題,是在一個啟動的車廂同步控制無人飛機,那就有兩個情況,一是飛機在外面,人在車上,不用想,飛機肯定不會跟著車跑,所以有人說遊艇上一樣,開放的空間,飛機和遊艇或火車是兩個獨立物體,不會互相干擾。一種就是大家普遍默認的在車廂內,而且是封閉的車廂裡的。想必大家都經歷過一個問題,一個人在行駛的車廂裡跳起來,落下來時是不是落到車後面去了?這裡,車是勻速直線運動的,而且人已經和車子是同速的,人和車已經形成了一個相對靜止的系統了,這時車上所有的物體在車上的表現和在地上是一樣的。這個好理解。那麼,車子啟動的時候呢?人會往後仰,座位會把人往前“推”,其實就是車給人一個向前的力,讓人加速。車廂裡的空氣呢?也是需要加速的!大量空氣會保持原有位置不動,然後靠車後壁擠壓傳遞力量,讓全車空氣加速到與車同速。以前15節車廂,中間門都是開的,車子加速或剎車減速時,中間就會有好大的風!這就是空氣也在加減速,現在高鐵動車都是關門的,空氣加減速更快。具體情形可以用水來模擬。

回到題目,在啟動的車上遙控飛機(這裡規定飛機是不是由GPS定位的,而是純手操作控制),因為飛機已經飛到空氣中,空氣靠擠壓加速,飛機靠什麼力加速?空氣擠壓會給飛機一定的加速,但那遠遠不夠給飛機提供向前加速的力,所以飛機還會保持在它相對於地面的位置上靜止。所以結論是,飛機會撞。如果遙控的是GPS定位的飛機,那看你如何控制,如果你控制它和火車同步運行,那它會和火車同步加速(因為空氣也加速了,會比在外面加速少花一點力氣),到速度一致且勻速直線運動時,空氣速度也一致時(空氣加速比飛機會快得多),飛機就會做懸停動作即可,具體看飛機內部控制如何實現了,但我想,應該沒人會在火車裡使用GPS定位控制飛機吧!所以後面講的也是針對手動控制的遙控無人機。

這裡題主的主要問題是在啟動的車上,而不是正在直線勻速運動的車上,如果是已經啟動完了正在勻速直線運動的車上,那隨便你遙控是不會撞的,因為飛機在手上或者說車上,已經加速到與車與空氣同步的速度了,已經是一個系統了,就像你拿個輕氣球它也不會飄到車後面去。


傻子王2018


這個問題很有趣。

1、無人機能浮在空中靠的是葉片旋轉和空氣作用產生的升力,以及單個或多個螺旋槳對姿態的微調。所以無人機靜止在空中是相對於空氣而言的。

2、密閉的高鐵上的空氣,在高鐵勻速狀態的時候,快速和高鐵速度趨同,也就是相對高鐵靜止。因此,無人機在高鐵車廂裡相對於空氣靜止,也就相對於車廂靜止。

3、考察高鐵加速、減速時,空氣肯定會有細微的變化,所以無人機按理論說會有不穩定。但是由於高鐵設計時考慮到了人的舒適度,加速、減速十分平緩,空氣變化微乎其微,空氣的變化還不至於引起無人機姿態的變化。甚至可能一個人走過無人機旁邊引起的空氣變化,都比因為車輛加減速造成的空氣變化大。

4、考察其他車輛,比如傳統的快車,能開窗,由於內外氣壓差(怎麼產生的就比較複雜了),直觀感受就是會有風呼呼往裡灌,由於空氣場狀態不穩定,在這種車廂裡保持無人機的靜止狀態就是個技術活了。


智能時代新農人


在啟動的高鐵車廂裡同時遙控一部無人機,無人機是會跟著高鐵跑還是會撞這個問題要看無人機的設備性能情況。

1、如果是高級無人機,如採用GPS定位懸停的無人機,由於其定位系統採用衛星信號,定位基準點是在地面,無人機會自動做出飛行姿態調整,跟蹤起飛時的地面基準點,而列車相對地面在運動,顯然則會撞上車廂,不能懸停在車廂中,這個跟操作的人在不在車廂遙控無關。

除非開啟目標跟蹤和高度距離限定的某些功能設定,或完全關閉自動導航的所有設定,進行手動操作,或許可以在車廂中懸停。

2、如果是一些玩具無人機,沒有任何導航裝置,在高鐵勻速運動時,不會自動做出飛行姿態調整是可以在空中懸停的。這是因為,無人機相當於在另一個動車的新慣性系中,一切的運動狀態和地面無異。這就像人在車廂裡走動,坐立,吃東西、喝水與地面幾乎無任何區別一個道理,除了列車加速或減速的情況。


維度開拓者


這個問題很幼稚啊,一看題主跟眾多說牛頓的答主就沒玩過無人機。高鐵不知道,我在遊艇上試過,本以為應該符合牛頓,結果一起飛就撞船了,根本不會跟船保持一個平行的前進速度。實際上高鐵上,理論上應該是起飛的那一剎那可能會跟著走那麼0.00001秒,然後就是撞了。還有你的模式問題,上述論證都是在正常模式GPS定位下,如果是視覺定位模式(無gps)還請大神出來說一下


會灰的小浣熊


人在車廂裡不會撞是因為站在高鐵裡被高鐵加速了,問題是,車廂裡的無人機懸停並沒有接受高鐵本身的加速,自然會撞。高鐵啟動前懸停百分百會撞,高鐵開動後,由於高鐵帶動無人機有了速度,無人機懸停後沒有了高鐵的加速,速度會緩慢下降,直觀表現是會慢慢向後退直到撞到車尾。


內有高壓氣體


你這個人很無趣,你可以買一個無人機試一試啊……這個就看人的操作了,如果剛起飛與高鐵剛走,它們會平行移動,如果高鐵在行駛中你也放不出去無人機,如果你在高鐵剛行駛中放飛,高鐵提速後你的無人機也不見了!


心靈觸動世界


其實這個問題挺有意思的。遙控無人機在啟動的高鐵裡飛,應該在三種情況下分析:第一是在高鐵勻速前進的情況下,無人機啟動懸停時,無人機可以像在地面無風的情況下一樣懸停。不用給任何方向的力。第二是在高鐵加速前進的情況下,啟動無人機懸停會出現向後移動的現象,必須向前飛才可以擺脫向後移動的趨勢。第三是在高鐵減速的時候,啟動無人機懸停,會出現向車廂前方移動的現象,必須稍稍向後飛才可以改變向前移動的趨勢。

不知道我回答的是否清楚。





老楊看植物


沒坐過火車?

你站在那,一開車人都往後傾,怎麼無人機就會跟著跑?



哎今天挺好


一定會跟高鐵同速度。因為高鐵封閉了,你在高鐵上沒有300公里速度的風吹過吧!空氣跟高鐵同速度,無人機懸浮在空氣中,剩下的自己想


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