03.06 在太空中沒有空氣介質,飛船沒有反作用力怎麼飛呢?

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太空中沒有空氣介質,飛船沒有反作用力怎麼能飛?

其實這個問題是不太準確的。首先,飛船有沒有反作用力,跟太空中有沒有空氣沒有關係。其次,飛船是有反作用力的。 我想,既然能提出這個問題,提問者一定是認為飛船和飛機的飛行原理是相同的。但其實兩者有很大的差別。

先來看看飛機。飛機為什麼能夠升空?簡單概括,就是因為伯努利原理。什麼是伯努利原理呢?就是當流體速度加快時,物體與流體接觸的表面上壓力會減小,反之壓力就會增大。來看這個圖,機翼橫截面積的形狀,空氣從機翼的上下兩方流過,而空氣在機翼上方的流速要更快一些,因此,上方的壓力減小,飛機就產生了向上的升力。


這個實驗你也可以自己在家做,你只需要一張紙條就可以了,把紙條放在嘴唇的下方,然後向前吹氣,你會發現紙條,飛起來了。

再看看宇宙飛船,在太空中沒有空氣,因此也就無法應用伯努利原理。但是太空中有一個優惠的地方就是沒有阻力。沒有阻力會帶來什麼效果呢?你可以想象一下自己飄在太空中,然後不小心打了一個噴嚏,會怎樣呢,你就會沿著打噴嚏相反的方向飛出去。飛船也是一樣的,如果它想前進了,就會不斷的向後打噴嚏。飛船進入太空中攜帶了大量的液態氣體燃料,他們經過發動機,按照一定比例混合點燃,就會快速地噴射出去,這樣飛船在相反方向就會得到衝力,從而加速前行。

這其實是應用了動量守恆的原理。就是說在運動方向上,不受外力作用時,運動系統內的動量是恆定的。即MV=mv,這裡的m是物體質量,v是運動速度。


什麼意思呢?檯球大家都玩過吧?如果不加轉,母球和目標球對心正碰,目標球會繼承母球的速度往前走,而母球就會停止。這是因為,母球和目標球的質量相當記為m,碰撞前,目標球的速度是零,母球的速度是v,他們的動量和是mv,而碰撞後它們的動量和依舊就是mv。

另一個例子就是大炮,如果大炮的輪子不固定,那麼在大炮發射時,產生的後坐力一定會把大炮往後推,因為,在發射前,大炮和炮彈的速度都是靜止的,它們的動量和是0,而當大炮發射後炮彈以速度v向前進,因此大炮必須以速度V向後走以抵消炮彈產生的動量,來確保它們的動量和依舊是0。也就是mv+MV=0。因為炮彈比較輕,而大炮比較沉,所以即使炮彈以非常快的速度射出去,大炮後坐的速度也不會很快。


這個例子遷移到太空飛船上,你可以想象太空飛船是一門大炮,而它的氣體燃料就是炮彈,它若想前進,就必須,把炮彈快速地向後射出去。因為太空飛船和氣體燃料之間的質量相差懸殊,所以氣體燃料需要在發動機裡經過爆燃再射出去以達到相應的速度。太空中得天獨厚的條件就是失重,可以近似的認為它受外力作用為零,一旦飛船獲得速度,它就會持續前行,如果想要停止,它就不得不向前噴氣來抵消速度。


蛋圈一科


太空中不借用反作用力改變運動狀態。

太空中,確實沒有空氣介質,但我們的火箭在進入太空,確實可以通過噴火進一步加速。

衛星或者探測器在進行對接時,也能通過噴氣調整軌道高度,速度,姿態等等。

而他們進行的操作,都在改變它們的運動狀態,都在接近真空的環境實現,這沒有反作用物體的,如何實現?

在力學裡,有一個叫做動量守恆的定律。

一個系統不受外力或所受外力之和為零,這個系統的總動量保持不變,這個結論叫做動量守恆定律。

動量守恆定律在最初是由牛頓定律的推論, 但後來發現它的適用範圍遠遠廣於牛頓定律,是比牛頓定律更基礎的物理規律。


對於部分高三學生,關於動量守恆定律的內容會在一部分選修物理教材裡學過,在解題時確實比普通的牛頓定律又快又方便。

動量守恆定律和太空中的飛船

說了這麼多,這定律和太空中的飛船有什麼聯繫?

對於太空中飛船而言,如果把整個飛船看成一個系統,它顯然並沒有受到其他力的作用了。

在這麼一個系統裡,整個飛船的總動量是不變的。

但單獨地把噴出的燃氣和船體分開,它們各自的動量卻不是守恆的,為了保持總動量的守恆,兩部分的動量變化肯定是此消彼長的。

注意,在力學裡,速度是一個矢量,不僅有大小,還有方向,而質量是標量,它們的乘積就是動量,所以動量也是矢量。

放到飛船上,如果選定飛船運動的方向為正方向,則飛船船體的動量就是一個大於0的數值;而燃氣因為運動方向和船體相反,則燃氣的動量就是一個小於0的數值,一正一負想加,它們的總和始終保持不變。


在飛船飛行的過程中,燃氣噴出時,因為它的動量為負值,則總動量是減小了,為了保持總動量的不變性,作為正值的船體動量只能增加,反映出來就是速度增大,或者方向改變。

這就是太空中飛船能飛的秘密,而作用力和反作用力是牛頓第三定律的內容,它的使用和動量守恆定律不同之處在於——作用的物體必須是兩個物體。而動量守恆定律是一個物體,對於飛船受力分析,牛頓是第三定律不能適用。

而飛機也是依託空氣的反作用力(壓強差)飛行的,這使得它並不能在太空中飛行。


科學新視野



太空中是沒有空氣介質的,所以當然不能用飛機上的滑旋漿了。題主所說的反作用力與作用力是牛頓力學的第三定律。即物體的相互作用的兩個物體之間的作用力用反作用力總是大小相等的,方向相反的,並且作用在同一條直線上。

當然了,要說在宇宙太空中不用反作用力怎麼飛行,那就只有靠引力彈弓效應了。那就是發射一顆飛行器,讓這顆飛行器圍繞一個星球轉一圈,這顆星球的引力會使這顆飛行器增加自身的速度,等速度加完以後再改變軌道飛出去。因為在真空中是沒有多少阻力的,所以說飛行器會以自身的初始速度飛很長時間。就像旅行者一號,所運用到的技術就是引力彈弓效應,旅行者一號自身並不具備燃料,旅行者一號可以飛那麼遠,靠的全是引力彈弓效應 。



想像一下,如果我們可以在太陽系周圍發現一個大質量的黑洞,那麼我們就可以利用這個黑洞使我們的飛船到達接近光速。這是很不錯的想法。我記得看過一期關於光速飛船的視頻,上面講的就是利用大型黑洞的引力來使飛船到達接近光速。

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時間史


我是辛哥,從教十五年,願意與大家分享,並自我提高。

這個內容,上過高中學理科的都知道,在太空中沒有空氣介質,飛船的飛行是不需要動力的。

他的飛行是靠萬有引力提供向心力來完成圓周運動的,而萬有引力是沿圓周的半徑方向的,也就是與速度方向垂直的,在速度方向上沒有力,不會改變速度的大小,所以飛船能夠保持一個固定大小的速度,在固定軌道上做圓周運動。





飛船要想到高一點的軌道上怎麼辦?這時只要向後噴出燃料,根據動量守恆,飛船的飛行速度就會變大,這時在這個軌道上受的萬有引力就不足以提供向心力了,飛船做離心運動,就到了高軌道上。

飛船要回來就向前噴出燃料,速度減小,做近心運動,就到了低軌道,經過幾次變軌,就到了地球了。

這只是基於高中物理,在理論上的簡單分析,還是比較容易理解的。

我是辛哥,說的不對歡迎拍磚!


辛哥物理


在太空中沒有空氣介質,但是仍然存在反作用力,因此飛船當然可以飛!

很多人看到如上圖所示的火箭起飛的圖,就以為必須有空氣,火箭才能利用其反推力飛向太空。實際上宇宙飛船在太空通過丟棄火箭,仍然可以獲得反作用力。如下圖所示,這個人用船槳推另一半船的時候,就會產生兩個船都向相反方向運動的效果。可見即使沒有空氣阻力,反作用力依然存在。所以,宇宙飛船在太空依然可以靠丟棄火箭的方式獲得反作用力,從而實現其飛行!


當然除了這一點,飛船之所以能夠通過丟棄火箭的方式來飛行。實際上還有一個原因就是動量守恆定律。如下圖所示,在太空裡,當火箭和宇宙飛船在一起的時候,其動量可以認為是MV1,而當火箭被丟棄後,火箭有動量mV2;而宇宙飛船其動量變為M‘V1’。則有:

MV1=M‘V1’—mV2,即

MV1+mV2=M'V1‘,即

V’1=(MV1+mV2)/M'

而因為M>M',則(MV1+mV2‘)>M’

所以V‘1>V1

即宇宙飛船丟掉火箭以後,其速度加快了!



地震博士


看了一些答案,真是五花八門。但有些答案未必切中主題,其實這個問題提的很有深度!如果非要從“通過”介質的作用與反作用關係才能得到推力這一角度來回答,是否可以這樣理解:太空中沒有空氣,現在的科學觀點多數認為,太空是真空或接近真空。那麼飛行器的前、後端就都不存在空氣阻力,或阻力可忽略不計。常規情況下,飛行器就是靠慣性維持一定速度的直線飛行。當飛行器需要變軌或加速前行時,點燃其發動機向後噴射出燃燒的氣體介質,也就是人們能看到的那串火焰🔥,在氣體火焰完全彌散之前,從火焰中心到火焰外圍環周、從噴射器出口到火焰的尾端之間,都會體現有一個氣體密度差梯度或壓強差梯度分佈。所以,這股尚未彌散的火焰氣團,也就充當了臨時氣墊介質的作用。從而在噴射器出口(飛行器)一側也就是火焰氣體密度較大部位,得到了後部氣墊介質給予的反作用推力。與有空氣環境條件時相比,可以預見:①噴射火焰🔥恰在剛出出口斷面時刻,也就是出口火焰之最先斷面,得不到反推力;②反推作用力的大小,依出口後火焰變長或出口處累積的氣體密度增大而依次增大。到一定火焰長度時方能維持推力不變;③飛行器噴射同樣質量的火焰氣體,在太空中得到的反推作用力要比空氣中來的小,推進效率要低。但因其前、後端沒有空氣阻力或阻力很小,飛行器依然能夠成功變軌或加速。前後兩次點火的間隔期間所噴射遺留的氣體,在一般正常飛行狀態也互不影響。若以純數學的動量守恆定理來解答這個問題,那也只能算是一種有效的數學解析。但不屬於物理力學核心的作用與反作用關係分析。動量守恆定理本身,在此很容易被認為是“刻舟求劍”的形象代言人,神奇的超距作用也將由此產生!試想:如果定義火箭🚀離開地面時刻作為一個大系統,那麼通過操控火箭🚀發射器遺留在地表附近的氣團,能夠改變火箭🚀後期任一時刻的運動狀態,那麼天上正常軌道運行的衛星,就很容易被地面的颱風刮亂套了。這將是一件多麼可怕和不可理解😊的事情!當然火箭自身也不會隨時隨地為自己定義一個“動量守恆”系統。還必須遵循“定義一個”、“丟棄一個”,“再定義一個”、“再丟棄一個”的巡迴規律。這是火箭做不到的,那只是人的主觀數學行為使然。火箭是機器而不具思維的功能,它只體現有推力我就加速前行,沒推力我就任我行(慣性)。這看似動量守恆定理的軟肋,其實就是純數學與物理學的最大區別。

最後提醒:初高中沒有畢業的後生,要按著教案和物理老師的要求去理解、去做題。走出校門的人們,無論從事哪個技術工藝行業,都可以按照本題答案來理解。愛因斯坦說過(大意是):教育就是當一個人把在學校所學的全部忘光之後剩下的東西。


劉繼123廣


在太空中沒有空氣介質,飛船沒有反作用力怎麼飛呢?

這中間包含了兩層信息:一是太空中沒有空氣,飛船的火箭火焰噴出去似乎碰不到物質,為什麼還能飛?二是太空中沒有空氣介質,飛船在沒有動力時為什麼還會繼續飛行?這是題主的問題中分解出來的兩層意思,我們一個個解答:

這是《從地球出發》的短片劇照,地球軌道上的飛行器尾部的離子電推噴出耀眼的光芒,推動這飛行器極速前進,由於太空中並無空氣,因此我們不能用螺旋槳這種依靠空氣風扇的動力結構,必須使用向後快速拋射物質,飛行器獲得前進的動力裝置,現在太空中比較流行的動力裝置幾乎就是火箭....這就是牛頓第三定律,作用與反作用定律!我們迄今為止的動力大都是這種類型,螺旋槳結構是快速扇動空氣,火箭是向後排氣,太陽帆是光壓.......

另一種則是飛船在宇宙空間中的慣性運動,由於宇宙空間沒有阻力,飛船也已經由火箭加速到與各方引力平衡的狀態,那麼當火箭關閉後它將沿著當前的直線一直前進,直到其闖入某一個天體的捕獲範圍!這就是牛頓第一運動定律,又稱慣性定律。常見的完整表述:任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態,直到外力迫使它改變運動狀態為止。

這是與黃道面有極大傾角的一個小行星在太陽系內的軌道,原本的近似直線運動在受到太陽引力後拐了一個大彎,這就是受到了外力作用後小行星的運動方向改變了!

因此,題主的問題就可以圓滿解決了,無論有無空氣,只要向後丟棄物質就存在反作用力!會改變飛船的運動狀態!在不丟棄物質即火箭發動機停機後飛船將一直保持這個運動狀態直到其被一個大型天體俘獲為止!


星辰大海路上的種花家


我想這個問題不難解釋,宇宙飛船之所以能在太空當中飛行,其原理就是依靠燃料噴射產生的反作用力,這個反作用力推動著宇宙飛船前進,和有沒有空氣介質,是沒有關係的。

其實這裡有一個誤會,就是很多人認為,飛機和火箭的運動原理是相同的,但實際上它們並不同,雖然說它們都採用了噴氣式的發動機,但飛機的噴氣和火箭的噴氣,是不一樣的,它們有很大的區別。

先說說飛機,準確的說飛機的發動機,應該叫空氣噴氣發動機,這種發動機必須要吸取空氣助燃,然後依靠空氣產生的上升力才行,所以空氣是飛機飛行的必要因素,沒有飛機就要墜落。

然後火箭的發動機,也叫噴氣式發動機,這種發動機不以空氣作為推動流體,說白了就是沒有空氣也能飛,原因很簡單,飛機裡面裝的是人,而火箭裡面裝的是燃料,這些燃料主要分兩種,一種是燃燒劑,一種是氧化劑。

其中燃燒劑一般是液氫,而氧化劑則是液氧,所以太空中即使沒有空氣和氧氣,火箭攜帶的燃料也是可以燃燒的,既然燃料可以燃燒,火箭的發動機就可以工作,火箭就會噴射出高溫高速的氣流。

這裡套用一個物理學知識,一個靜止的物體,在內力的作用下會分裂成成兩個部分,一個部分往前,或者往後的時候,另一個部分必然會往反方向運動,那麼這個運動過程,是遵循動量守恆定律的。

具體我舉個例子好了,一個人站在冰面上,這個冰面上有一塊巨大的石頭,當這個人推開石頭的時候,這個人也會朝反方向後退幾米,這就是石頭給予這個人的反作用力。

所以當火箭往後噴射出高速氣流的時候,這些氣流會反過來,給予火箭一個反方向的力,這個力就可以推動火箭往前飛,所以有沒有空氣的存在,根本就無關緊要。

最後說到這裡,我想應該都很清楚了,宇宙飛船之所以能去太空,燃燒噴射產生的反作用才是關鍵......


科學薛定諤的貓


答:題主的理解有錯誤,飛船的加速減速都是通過反作用力,有空氣介質反而更不利於飛船的航行。


航天器的升空需要多級火箭的助力,因為地球引力的存在需要加速超過第一宇宙速度才可以脫離地球的束縛。航天器進入繞行軌道後,幾乎不消耗任何能量,在引力作用下繞地飛行。只有當進行變軌的時候需要加速或者減速消耗能量。迴歸題目,因為太空中沒有空氣接近真空,才更加有利於航天器的變軌,消耗很少的能量就可以推動航天器加速或者減速。應用的也正是牛頓第三定律:作用力與反作用力。
物體運動狀態的改變一定是受到了外力的作用。這是毋庸置疑的,在這裡舉一個簡單的例子,一個密閉的小箱子,裡邊充滿膨脹的氣體。換句話說是箱子裡邊各個面都在受力作用,且整體表現合力為零狀態。假如把箱子一面打開,那麼這一面將不再受力,不能與相對的另一面力上達到平衡。這樣箱子就會被推著向前運動。在這裡也並不考慮,箱子外邊是否會有空氣。相同的道理,飛船的動力來源也是如此。


簡單的道理,沒有多神秘,有的人可能就是沒轉過來彎,飛船噴射出的氣體在其發動機腔內就完成了推動飛船的效果,不用在乎是否有空氣介質的存在。


以上是我的簡單回答,歡迎關注點評,留下你的看法。


科學黑洞


宇宙飛船是利用反作用力飛行的,飛船攜帶的燃燒劑和氧化劑可以讓發動機在沒有氧氣的太空中噴射出推進氣流


目前人類真正能稱得上“飛船”的只有上個世紀的土星五號,它用了近一週時間把三名宇航員和登月設備送到了月球軌道,並且在任務完成就成功將宇航員和月岩標本送回了地球,除了土星五號外其他航天器都是靠引力彈弓或者自身的初速飛行的,基本上都不具備加速與變軌能力。

但不論是探測器還是宇宙飛船,在進入到太空之後都能得到很高的速度,因為太空是沒有阻力的,探測器和宇宙飛船不需要加速就能長時間保持告訴飛行狀態,旅行者一號本身就沒有任何動力,全靠進入太空時的初速與歷次引力彈弓的加持獲得了17km/s的飛行速度,迄今已經飛了42年了。



作用力與反作用力在沒有空氣的情況下也能存在,在《火星救援》的最後,男主角割開了自己的宇航服,利用漏出來的氣體產生的反作用力在太空中運動,最終成功獲救。

在沒有阻力的宇宙空間中,物體會保持勻速直線運動狀態或者保持靜止,真正的宇宙飛船發動機是不需要一直開啟的,只有在進行機動或者加速時才會工作,宇宙飛船大部分時間都是靠慣性飛行的。


在沒有空氣的宇宙空間中,飛船發動機產生的高溫高速氣體反過來會推動飛船本身,這就是作用力與反作用力


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