03.03 既然力的作用是相互的,宇宙飞船为什么能在接近真空的宇宙中飞行?

用户61530616691


前段时间有读者问我,宇宙是真空的没有空气,那宇宙飞船是怎么前进的呢?我结合这个问题一起回答下。

我们都知道在地球上飞机能够飞行依靠的是机翼上下的压强差来抬升飞机的,飞机飞的越快,流速就越大,压强差就越大,飞机就可以飞的更高,这一切都是以空气存在为前提的。100多年前火箭还没被发明的时候,有很多人就反驳说火箭不可能在太空飞行,因为太空中不存在空气。但其实进入太空以后,火箭和宇宙飞船都是依靠反冲力来改变自身运动状态的,反冲力来源于火箭或宇宙飞船本身,并且它不需要依靠空气。动量守恒告诉我们,当宇宙飞船需要在太空加速的时候,发动机就会喷射高速气流,从飞船自身分离出一部分物质,这些物质会产生一个反方向的推力,这个推力就叫做反冲力。手枪子弹发射产生的反冲力就是我们常说的后坐力;充满气的气球松手后,气球会乱飞也是反冲力的原理;空气弹簧中,当气体被压缩,会产生反冲力来起到缓冲防震的作用等等。

另外还有一点,很多人在大脑中不自觉的认为宇宙飞船在太空中前进是要依靠持续的喷射才能前进,但宇宙是一个近乎于完全真空的环境,每立方米只有4个质子大小的微粒存在,所以在这个空间内,宇宙飞船只要有速度就可以依靠惯性匀速前进,几乎不存在阻力。力不是维持物体运动状态的原因,力是改变物体运动状态的原因,当飞船需要加速的时候才需要发动机喷射气流提供反冲力。


科学薛定谔的猫


这是一个属于牛顿力学范围内的问题,反映出一种经典的思维谬误:认为力是维持运动的原因,物体不受力就不会运动。错了!实际情况是:力是改变运动状态的原因,物体不受力就会保持静止,或者保持匀速直线运动。

必须说明一下,这种错误的思维,在古人看来是常识。即使在现在,在许多没有学过牛顿力学或者没学好牛顿力学的人看来,似乎也是理所当然的。

原因很明显:日常生活中,一切东西似乎都有静止的趋势,你想让它运动起来,就必须自己出力去推动它,而一旦你停止用力,这个东西就会很快停止下来。典型的例子是手推车,你不推它肯定不会动,你必须努力去推它,才会前进,而你一旦放手,手推车很快又会停下。

人们对“力”的认识,最初就来自自己的肌肉紧张的感觉,这就叫做“竭尽全力”。因此,墨子说过:“力,形之所以奋也。”这看起来非常符合常识,对吗?

这种思维唯一的问题只是在于,没有考虑松手以后物体为什么会停下来。实际上,手推车或者诸如此类的东西都受到地面、空气等等的摩擦力,你之所以要推它,是为了跟这些摩擦力作斗争。而你放手以后,手推车不再受到推力,只受到摩擦力的作用,所以会速度越来越低,最后停止。

假如你把摩擦力减小一些,例如平整道路,或者在道路上洒油,你就会发现松手后物体可以滑出更长的距离。假如你把摩擦力减到很小,例如像初中物理实验那样用气垫滑块,你就会发现物体可以滑出很远很远。那么,假如你把摩擦力减到0呢?

气垫滑块

合理的推论就是,摩擦力为0的时候,物体根本不会减速,它会维持现有的速度,无限地滑行下去。这就是牛顿第一定律。

力不是维持运动的原因,而是改变运动状态的原因,你现在明白了吧?


科技袁人袁岚峰


首先从发射说起:宇宙飞船通过大型火箭助推,获得最初的逃逸速度,如第一宇宙速度、第二宇宙速度等,这个过程是通过火箭燃料燃烧、反向喷射气体获得加速度的,在地面还有地效、大气层中还有摩擦力的额外助推效果(当然大气层也有阻力)。

在外太空近乎真空的环境,阻力几乎可以忽略不计的情况下,宇宙飞船在大多数时间是凭借初速度进行惯性飞行。

在外太空真空环境下的增减速、调整航向:由于收到发射技术、火箭载荷的限制,宇宙飞船所携带的燃料有限,一般通过精心计算航路,利用“顺路”绕行天体、获得“引力弹弓”的方式,来对宇宙飞船进行增减速和调整航向,当然,这个是以花费大量的时间作为代价。如前苏联的某个行星探测器,就是通过多次绕行其他行星,完成“刹车”后才正常抵达的,否则就是直接撞毁或者飞掠了。现阶段宇宙飞船自带的燃料,一般用作航向、飞行姿态的微调或者紧急情况下使用,原理仍旧是通过高速喷射物质获得反向的加速度。随着技术进步,一定会出现新的更高效率的主动推进方式,如利用光压的太阳帆、等离子发动机等。

至于空间跳跃、曲率飞行等,不懂哈!


大少901


这个问题就是高中物理力与反作用力。太空中近似真空,这对于宇宙飞船来说是一件好事,因为可以不需要克服空气阻力。但这并不是说宇宙飞船就可以仅仅依靠之前的惯性就可以飞离太阳系。

我们知道有第一宇宙速度,第二宇宙速度,第三宇宙速度。当宇宙飞船超过第一宇宙速度后,就可以飞离地球,之后火箭发动机继续工作,加速超越第二宇宙速度,自由翱翔。

为什么是火箭发动机呢?在地球上飞可以使用螺旋桨或者喷气式发动机,因为它们依靠推动周围气体或者吸入空气加热推出来做工。但到了太空,没有可能吸入气体,就只有靠自身携带的燃料和助燃剂燃烧,喷出气体做功,从而加速。

当然,也可以使用核反应堆加热物质汽化,喷出,这就成了核动力火箭发动机了。但总归一点,必须向后释放物质,从而产生向前的推力。


东城小丑


因为动量守恒

动量守恒的意思是若一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。

解释一下,我们在分析问题的时候如何理解和选择这个“一个系统”呢?我们看到后面有描述——不受外力或受外力之和为零,也就是说,如果把一系列复杂物体作为一个整体a进行受力分析时,a不受外力或外力之和为零。

举个栗子:台球,两个台球在空旷处发生碰撞时,运动状态都会改变,这时如果将该两个台球视作整体a,大家跟宝宝一起来受力分析

a竖直方向受重力-支持力/水平方向不受力(因为a的重心并没有位置,所以a不受摩擦力,但是任何一个台球都受到了摩擦力)

此时若将两个台球放在一起,中间放一个弹簧(不黏在球上),两个球会被弹开,而a依然受外力和为零

实验继续升级,把球换成氧气罐,打开阀门,氧气罐就开始飞舞了,但是a依然受外力之和为零。

火箭跟上述三个全是同理,只不过当a立起来,重力做功的时候,就不能动量守恒了,这时用到的是适用性更广的公式,也就是力在空间上的积累导致系统动量变化。

此时的a受到重力在运动方向上的拖拽,因此动量一直在外泄

那么是不是宝宝把自己说晕了,圆不上了呢?并不会

我们知道火箭要升空,不仅推力要大于重力还要远远大于重力,这样才能快速飞升达到7.9公里每秒的速度,因此在火箭升空过程中由于重力导致的动量外泄就忽略不计了,因此还是使用动量守恒进行分析。

m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'+gs

G表重力


卢森侃大山


不太懂你提的问题!在宇宙里是零阻力飞行,宇宙里的物质不是相对的,是限量思维论,在宇宙里原始的动力是气力推动,我想宇宙飞船不只是一种动力系统的,最基本是三种,气液固态,气压蓄力,液态蒸发,固体超压缩,说到这,我要说真空和海洋差不多,你把真空放在地球和你把海洋放在宇宙都逃不出质变,物质逆差是真确的,只是没有引力的状态下作用力越大效果可能越小,比如宇宙风暴,带走电磁的粉尘席卷银河系,速度很快,它的作用力是谁呢?它的作用力是磁爆,激光是一种动力参考,如果真空的物质被放大了或者激光的密度增加了这个会是一个发展方向。


豆豆jun桑


我觉得题主的思路是这样的,在水上,船可以通过螺旋桨划水而让船向前移动,飞机则可以通过利用空气让飞机起飞和前行,那么宇宙真空中既没有水也没有空气,飞船是靠什么向前移动的呢?

其实物体向前移动可以通过与周围介质的发生反作用力外,也可以通过内部自造的反作用力。而火箭中燃料的喷发便是其中一种,它是通过燃烧里面的燃料对后产生的一种反作用力而保持自己向前移动的,因此并不需要借助周围的介质。



除了利用燃料,我们也可以利用机械能来产生反作用力,比如弓箭,弹弓等等。但在这太空中利用机械能显然不现实,它需要不停的向后抛物体。还不如搞个太阳能推进器来得实在。


洪一下


飞船和火箭的发动机产生推力与是否真空无关,这是由动量守恒定理决定的,以一定速度向后喷出气体,那么喷出的气体获得向后的动量,由于要保证系统的总动量守恒,飞船就获得了向前的动量,动量守恒在生活中很容易感受到,比如静止在水面上的小船,当你从船头走向船尾时,船会向着相反方向移动


用户6283520366


接近真空不等于绝对真空,飞船发动机喷出的气流就会产生反作用力推进飞船,既使是绝对真空,飞船发动机喷出气流时根据动量守恒也会产生反作用力推进飞船。宇宙飞船飞行时尽可能利用自然天体的引力作用作动力,即甩转作用,这样经济速度快。详情可参阅<星系中的星球转动问题,甩转假说>。


青山绿水250400698


这个问题可以这样来理解:对于宇宙飞船来说,它并非孤立的体系,而与其它相互有主要作用力的物体譬如地球、太阳等构成了一个近似的封闭体系。在这个封闭体系中,动量守恒,因此宇宙飞船获得了飞行的动量的同时,除宇宙飞船之外的其它天体必失去这一部分动量。这就充分体现了力的相互作用。这就是说,飞船受力,体系内的其他物体必受到相反的作用力。宇宙飞船的正转必引起其他天体的反转(这种影响极其微弱以至于完全可以忽略不计!),反之亦然。


分享到:


相關文章: