在密闭行驶的车辆中有一只苍蝇,苍蝇并未与车辆接触,车辆的行驶速度和苍蝇的速度是怎样的?

向日葵不放弃阳光1


相对于汽车,苍蝇是在车内以自己的速度和方向来回飞,或者悬停,相对于车外,苍蝇是汽车速度,但对于苍蝇,不能按车外做为参照物,只能相对于汽车来比照,所以还是苍蝇本身的速度,同样,也就没有了题目这个自作聪明,实则脑残的问题!


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亲身经历:夏天有时候开车车里面就会偶然关一直苍蝇,在不把窗户打开的情况下,车子不管行驶的速度有多快,苍蝇在车子内仍然照常飞行,和在平地上没有任何区别。这就说明,苍蝇的速度是完全和车速一致的,即便苍蝇没有和车子接触。

其实,这个事情后面的物理规律也很简单,就是因为牛顿第一定律。即在没有受力的情况下,物质的运动速度保持不变。在汽车没有加速的情况下,苍蝇和汽车是相对静止的,因为二者速度一致。当汽车加速时,苍蝇的速度就会小于汽车的速度,如果汽车瞬间加速度很大,那么苍蝇如果飞不及的话,就会撞在汽车的后面。

但是,苍蝇的速度是很快的,汽车加速的时候它在飞行过程中也可以加速。而且,由于汽车是密闭的,所以车内的空气也会受到汽车给予的一个相同的加速度,从而使得空气也一起跟着汽车加速,最终这个加速度也会部分作用于苍蝇身上。当汽车停止加速时,苍蝇和汽车的速度是一样的。

其实,这个实验我们现实中也可以做。比如一杯水中放置一个漂浮的物体,我们瞬间横向移动水杯,水杯中的水就会往后扬起,而水上面的漂浮物也会跟着向后扬起。这里水杯就好比密闭的汽车,水就好比空气,漂浮的物体就好比是苍蝇。当然,水的密度是比空气大的,所以漂浮物在水杯加速过程中,位移会比空气中小,因为它会收到水更大的推力产生加速度。


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这个问题不需用高深的相对论来回答,浅显易见的日常开车观察就可以了。跑高速,尤其是在初夏的傍晚开车,次日会发现汽车前脸特别是前牌照上密密麻麻的一层蚊子的尸体,而密闭车内咬你没商量的几只蚊子却安然无恙,伴你度过那段行程。同时会发现不论车开多快多慢或者停下来,丝毫不影响蚊子,想咬你小腿绝不咬你膀子,灵活自如同在卧室里一样。车外的蚊子都是被撞上的,虽然比不上飞机撞小鸟,但若是点子背的话,就像喝西北风也会塞牙。我遇到过,一只伊蚊和一只麻蚊打架,结果前挡风玻璃上出现了两个蚊子同大小,同形状,同肢干状的两处裂痕。蚊子如此,苍蝇也应该如此。


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【导语】当我们汽车在行驶到时候,车内的物品如果抛起来或者是自己飞起来的时候,车内的物品的速度是什么样的?类似这样的问题一直是大家比较热衷于讨论的事情,今天既然有题主提到这个问题了,那么我就来进行一个全面的分析,讨论一下当汽车在行驶的时候,车内的物品和车内没有和车辆接触的物品都是什么样的状态。

首先我们可以肯定的是,当我们汽车在高速行驶的时候,如果车内是关窗的状态的话,车内的空气相对汽车来说就是静止的,否则我们就会被吹得难受;当我们把车窗打开的时候,车外的空气会因为车辆的速度而从车内穿过,这个时候车内的空气和车子的相对速度是运动的。

如果我们在上高速的时候不小心让一只苍蝇飞到了车里,并且带到了高速公路上,汽车以120km/h的速度巡航,这个时候如果我们关着车窗的话,车内的空气就是相对静止的,这个时候苍蝇飞起来的时候就像是在地面禁止的时候一样的,这种时候苍蝇相对于外界的速度就是120km/h,而相对汽车的速度来说就是0km/h、因为汽车开到哪里,车内的空气就会被带到哪里,在苍蝇眼里车内就是一个静止的环境。

当我们把车窗大开的时候,由于汽车相对外界的空气来说是有速度的,所以外界的空气会流进车内,我们会感觉到车内有很大的风吹过,这个时候如果苍蝇正好在车里是飞在空中的状态的话,在开窗的瞬间就会被吹走,这个时候苍蝇相对汽车的速度是接近120km/h的(流经车内会有减速),而相对外面的空气是静止的,所以当苍蝇被吹出来的时候,很快就和地面处于静止的状态。

这其中的关键点在于,汽车在120km/h行驶的时候,有没有带动车内的空气还有物品,就像我们放在车里的证件,当车辆行驶的时候,证件也会跟着一起行驶,证件和地面相对运动,运动的速度和汽车行驶的速度一致;车里的苍蝇也是如此,当汽车没有开窗的时候,车内的空气是被汽车带着走的,连同空气中的苍蝇也一起被带走,这个时候苍蝇和证件一样相对汽车是静止的,但是相对地面来说又是运动的。

这就好比我们的地球,我们的地球以飞快的速度绕着太阳旋转,并且自身也在高速自转,但是当我们在地球上某个地方的时候,我们就会感觉到我们是静止的,但是实际上从绝对速度上来看的话,我们现在在宇宙中的速度是非常可怕的。

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“任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。”——牛顿第一运动定律。


在完全密闭的车厢里,飞在半空的苍蝇会如何运动,这取决于车辆的运动方式。

如果车辆不是匀速直线运动,无论在加速、减速还是转弯,苍蝇的速度都不会跟车辆相同。

如果车辆是匀速直线运动,那么几乎所有人都知道答案:苍蝇即使悬浮在空中,也会跟车辆以相同的速度和方向做匀速直线运动。

可是为什么悬浮的苍蝇会跟车辆的运动完全同步呢?

对此网上一直存在着两种观点:

一些人认为这是由于车厢内的空气在随着汽车一起运动,于是便推动了苍蝇向前运动;

另一些人则认为这事儿与空气完全无关,纯粹是由于惯性定律的缘故。

然而这两种认知都是错误的。

事实上,车厢里的苍蝇之所以跟车辆的速度相同,是空气和惯性这两大因素同时造成的。

✎车厢并不是真空环境,倘若不是空气在随着车辆一起运动,苍蝇在半空中是无法保持匀速直线运动的,这一点只要打开车窗立见分晓。

✎可是如果没有惯性定律的影响,单凭空气是无法让苍蝇和车辆保持同速的,这是最基本的流体力学现象——时速60公里的气流无法推动有质量物体达到时速60公里,除非在气密装置内。

这里需要强调一下:密闭的车厢虽然气密性极高,但是在这个空间之内,苍蝇的四周仍然是开阔的。

关于气密装置,最容易想到的例子就是气动枪的枪管。

在弹丸直径和枪管直径相吻合的情况下,气动枪的气罐喷射出的高速气流能推动弹丸达到每秒上百米的初速。因为弹丸把枪管封死了,空气无路可走,所有动量会全部传递给弹丸。

可是假如装填的弹丸直径比枪管小了一半,同一把气动枪喷射出的同样高速的气流,却无法让这颗质量更小的弹丸达到同样高的初速了。因为枪管“漏气”了,气流会从弹丸的侧面通过,于是白白“流失”了许多动量。

车厢里的苍蝇也是同样的道理——由于气流会从苍蝇的四周通过,于是无法将100%的动量全部传递给苍蝇,那么苍蝇自然也就无法达到与气流完全同等的速度。

所以对于悬停在车厢里的苍蝇,正确的理解是:在车辆保持匀速直线运动的过程中,苍蝇绝不是被空气推动的,而是由于惯性向前运动的;但与此同时,车厢内的空气也必须以相同的速度作惯性运动,否则就会产生阻力改变苍蝇的运动状态。

这个现象可以由牛顿第一运动定律来解释:

第一运动定律的完整理解是:在毫无阻力的理想环境下,一个恒定不变的作用力会让物体不断地加速,失去这个作用力之后,物体会保持当前速度永远沿直线运动下去,直到外力改变它的运动状态。

也就是在推力存在的情况下,物体会做加速运动,失去推力之后,物体会保持匀速直线运动。

譬如著名的理想斜坡实验:在忽略空气和轨道阻力的情况下,斜坡上的小球在下坡的过程中会由于重力而不断加速,到达绝对水平的轨道之后,就会保持当前速度一直作匀速直线运动。

至于汽车,它是在发动机的推动下开始运动的,当它达到某个时速——例如60km/h时,如果发动机不再提供推力,汽车应该永远以60km/h的惯性速度做匀速直线运动,只不过地面和空气产生的阻力会干扰它的惯性运动状态而已。

停留在汽车中的苍蝇也是在发动机的推动下开始运动的,动量是车身传递给它的,当汽车的速度达到60km/h时,苍蝇的惯性速度也达到了60km/h,此时它飞到半空中,既不与地面接触,车厢里的空气也与它同速,因此对它而言并没有任何阻力的存在,于是它会永远以60km/h的惯性速度沿直线运动,此时汽车假如忽然停下,它会径直撞在挡风玻璃上。

当然,如果汽车启动之前苍蝇就悬停在半空中,那么汽车启动时它就会撞到后方玻璃上,因为空气无法将发动机带来的动量全部传递给它。

综上可见,汽车的车厢是非真空环境、苍蝇四周是开阔空间,只考虑惯性或只考虑空气都是不完整的,必须同时考虑空气和惯性这两大因素,才能正确解释苍蝇为何会与汽车保持同速。


科学矩阵


想必这辆车应该就是普通的家用车吧,苍蝇在里面的情况差不多与你自己在车里的情况一样,除非汽车的加速度很大,那样苍蝇就会被甩到汽车内壁,而你则因为安全带牢牢的坐在座位上。

我们来看看苍蝇在各种情况下会出现什么情况:

比如汽车在启动时,由于苍蝇在空气飞行、悬停等都需要依靠空气来“托住”它(也就是拍打翅膀产生向上的力,抵抗重力),那么汽车启动时,是一个变速的过程,由静止转为某一速度值的过程。

那么苍蝇在里面也会经历这个过程,否则它就会被“摔”到汽车后壁,但一般而已由于汽车的加速度不可能有多大,因此我们都没有看见过苍蝇撞到墙上的场景吧(除非是它自己想撞墙)。

而在汽车匀速行驶阶段,苍蝇可以在车内自由飞行,和汽车静止时毫无异样,这一点正是力学相对性原理的体现,在没有共知或前提条件下,匀速和静止实际上是没法区分的。

而在汽车减速阶段,实际上和加速阶段没两样,只是苍蝇“摔”的方向反了而已。

其实这个问题只是简单的初中物理常识,就和“一个人在运行着的高铁车厢内跳一下会出现什么情况?”一样。

最后再问大家一个问题:在一个静止的车厢内,一个光子从车厢底竖直向上发射,光迹是一条直线;如果换做运动的车厢呢?

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


用牛顿定律就可以简单解释,答案肯定是一样的,当然前提是汽车在匀速行驶,如果来回的加速减速,汽车和苍蝇的速度当然是不一样的。

按照牛顿定律的诠释,当汽车匀速运动时,里面苍蝇的运动状态与在静止的汽车里并没有区别,如果苍蝇是瞎子和聋子,不能看到汽车外面的世界也听不到声音,苍蝇就完全不能判断是在匀速行驶的汽车里还是在静止不动的汽车里。

类似的问题还有:在高速行驶的汽车里,比如时速120公里,汽车里的苍蝇为何能随汽车一起飞行,而没有撞到汽车玻璃上?原因同样如此,匀速行驶表现出来的特征与静止是一样的。

这中特点在我们生活中随处可见,每个人都经历着。我们所在的地球就可以认为是一辆匀速行驶的汽车,每当你腾空跃起落下时,你仍旧会落到原点,不会向后飞行,因为你和地球是一体的。而空中飞行的小鸟就相当于汽车里的苍蝇,小鸟不会因为地球高速旋转而被甩出去,小鸟的速度(假设腾空不动)与地球的速度是一样的。

不但苍蝇是这样,汽车里的空气同样如此,空气的速度与汽车也是一样的,如果不一样你肯定会感觉到汽车里有风,但实际上密闭的汽车里你是不会感觉到有风的。这也决定了苍蝇可以随意地在汽车里面飞来飞去,与在地球上没有任何区别!


宇宙探索


对于地面的人观测看,苍蝇的瞬时速度,等于车辆瞬时速度和苍蝇与车辆相对速度的矢量和。这个无需解释,无论车里有没有空气都一样的。

只是如果车里是真空,苍蝇也飞不起来,还是会形成苍蝇与车相对速度为零,即一样的速度。有空气,苍蝇还能具有“自由意志”般的飞行。


探索猫


地球在宇宙中高速运动,作为地球上提问者的你,原地跳起来离开地面时候,能感觉自己高速运动吗?


随遇而安


惯性使然。按照通俗点的话讲就是,任何物体都有保持原有运动状态不改变的性质,直到有外力促使它改变为止。苍蝇也是一个物体,在车厢内它保持原有的运动状态不改变。假如打开汽车的几个车窗,空气的对流会使苍蝇瞬间改变原来的运动状态,这是外力作用的结果。


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