太空接近于真空,飞行器的反作用力从哪里来?

勇哥148025650


这个问题确实存在错误,飞行器在太空又不需要反作用力,它已经彻底失去了地心引力,到了大气层之外各种飞行器都会出现自主“漂浮”状态,它需要只是变轨技术而已。至于太空外飞行器的动力则是和大气层内的喷气式发动机差不多,都是通过燃烧燃料然后形成推力,只不过环境和效果完全不一样。

卫星就是用可以全方位旋转的喷量口进行変轨

在大气层内一架战斗机从起飞到最大巡航速度,然后发动机关掉就会降速或摔下来,而太空中则需要对卫星等飞行器进行一个时间短暂的推力就可以让它不停的保持高速前行,根据喷量的大小和时间长短来进行速度确定,而不需要持续产生推力。

另一方面来说如果想让飞行器停下来必须要从相反的方向产生推力,否则这架飞行器就会不停的向前飞,在没有撞到其他小行星或物体之前不会停下。这有点类似于宇航员们在太空舱里训练,扔一个东西它会一直沿着扔出去的轨迹漂浮飞行,直到有人接住它或撞到墙壁才会停下。

卫星被发射至太空后,剩下的进入轨道和修正轨道都靠卫星本身。

其实很多人不明白为什么太空中的卫星在“真空环境”下绕着地球飞行还需要定期轨道修正,而自然存在较大的行星则不需要。实际上太空并不是完全真空状态,只是接近真空,太空中有一定的气体分子和原子存在,只不过微乎其微,但这也要比地球人造的“真空环境”强上N倍,所以这样也会给卫星带来阻力。这就好比我们手叠了一架纸飞机,扔出去的时候空气中漂浮的尘埃对其产生的影响。

卫星进行变轨的示意图

另外一个原因实际上卫星或者小行星都会出现“轨道偏离”的情况,只不过它们是不能一起进行“量级”的。太空中的人造卫星虽然个头较小,但是时间久了就需要发动机工作一下,差不多5年时间就要进行一次轨道修正。而我们地球的“卫星”月球则可能需要几十亿甚至几百亿的时间才会发生一点轨道偏离,我们赖以生存的地球围绕太阳旋转则可能需要几百亿几千亿年时间才会出现“偏离轨道”的现象,这根本不是人类科学所能捕捉到的,远远超过了我们能够观测的地步。

地球每时每刻都在发生改变,只不过我们感觉不到而已。

目前对于太空方面的探索技术和经验也就是常五国比较成熟,其中又以美国走的最为深远。美国在太空方面所以进行的实验是其他国家无法相比的,空天飞机能轻易自由翱翔于大气能内外的时间不会太长,被应用于军事领域的日子就不会太久。但是我相信只要我们不放弃我们的梦想就一定会在未来“太空漫步”的时代占有一席之地。

美国对于空天飞机的实验不会轻易放弃


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军武奇兵


这是一个烧脑问题,我思考了一上午終于找到了令我满意的答案。飞行器飞离地表一百公里以外,周围的大气很稀薄了,己经接近真空状态。飞到一千公里以上就其本属于太空状态。那幺飞行器要想加速,减速或转道就要靠施放燃料而实现。有人问,没有大气就产生不了反作用力,飞行器的动力如何产生呢?我认为从本质上汫飞行器的反作用力无论在空气中还是太空里都不是空气的阻力造成的,而是燃料本身的排挤力产生的。飞行器喷射的燃料挤占了原有的空间,必然产生对飞行器的排挤力,这个力就是飞行器运动的动力。在大气中这个力受到大气的阻力,因此产生的排挤力会更大些,但是大出来的力又被前方的空气阻力抵消了,几乎等于空气所产生的反作用等于零。如果地球一侧有大面积的火山同时爆发,地球照样会改变速度或方向,未来的人类有希望操控地球转动速度和轨道。


彩云东升戴宝山


答:在太空中,一般使用喷气式发动机,来产生推力!

地球上有空气,我们可以利用飞机和空气的反作用力,来产生推力,比如直升机、双翼飞机,还有各种飞鸟和昆虫。



但是利用空气的反作用力来产生推力,其能力是非常有限的,再高的速度,就得使用喷气式发动机才能达到,在大气层内,飞机自带燃料,助燃物(一般是氧气)取自空气。

但是在太空中,没有空气,飞行器就必须同时携带燃料和助燃物,靠燃烧时产生高速火焰产生反向的推力,基本原理是动量守恒。



另外,在需要不大的推力时,也可以直接喷出高压气体(携带的呼吸气体),就能产生反向推力,比如宇航员在太空行走时,宇航服就携带这样的助推装置。

从动量守恒的原理来说,飞行器喷出同样质量的物质,如果相对速度越快,飞行器获得的推力也就越大,一般的喷气式发动机,喷出的火焰速度为数千米每秒。

先进的等离子推进器,喷出的等离子体,时速高达20KM/S以上,所以等离子推进器产生的推力更大,但是技术难度也大,目前还在开发研制当中,用于未来的太空探索。

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艾伯史密斯


小村姑灰过来:很简单,目前太空中的飞行器动力都来源于“扔东西”!

上太空扔东西,费用太高,咱们承受不起,我们自己可以做一个简单的实验,到公园里,找一条小船,装上10个5公斤的铅球,然后站在船尾,向湖里扔铅球,看看船和我们怎样运动。如果我们的力气够大,铅球扔得够远,初速度很快,那么船也运动得越快。这就是宇宙飞船行进的原理。类似于枪的后坐力。

当然,有些爱较真的人会说,这不是真空,我是用降龙十八掌推动空气产生推力的,那我也无语了。

实验条件可以再苛刻一点,自己建造一个巨大的真空罐,将气体抽出去,接近飞船的真空状态,我们穿上厚重的宇航服,站在平板车上,向一个方向扔铅球也可以,前提是咱们得有真么多钱,力气足够大,不被宇航服束缚。

太空中扔铅球当然不实际,那是吃饱了撑的,我们只能够靠燃料在燃烧室猛烈燃烧,喷射出高速灼热气体实现推进。在人类没有发明新的推进方法的时候,就只能靠扔东西前进。

…………

谢谢阅读!


诸葛小村姑


太空接近于真空,飞行器的反作用力从哪里来?

在我们日常的理解中,作用与反作用力的成立大都是需要介质来实现的,比如我们推动一个物体,假如物体太重而用力过度的话,肯定我们自己被推离了物体,而汽车的前进也是轮胎摩擦了地面之后给了汽车一个作用力,因为地面也是推不动的!而且火箭起飞似乎也是因为空气的反作用力.....??

但是上述的这几个中间的作用与反作用力却是有区别的,特别是在火箭这种在过程抛弃物质的反作用力作用方式!需要媒介来实现作用与反作用力行为的,是属于不丢弃物质的反作用力行为,在这种情况下,如果不借助一个远大于运动物体本身的媒介,那么我们是难以被移动的,比如我们往墙上推一掌,我们自身可能会被推离墙壁,但对这空气劈出一掌,似乎就没有任何效果,因为你这一掌带起的空气质量太少,速度太慢,因此无法移动你的身体......当然空气移动了!

但火箭这种朝后高速丢弃大量物质的行为,其媒介就是丢弃的物质本身,其速度可以用比例来计算,假如将1KG的物质向后一1M/S的速度丢弃,那么同比例可以推动一个1KG物体以1M/S的速度前进!这个速度是朝后丢弃的物质所给予你的,而是否与真空无关,反而会因为真空中没有阻力而加快这个速度!因为朝后丢弃的物质速度增加了,物体超前的速度也因为没有阻力增加了!

而事实上我们不会这么做,否则飞船上的物质几下就被丢光了,我们能做的是尽量将丢弃的物质的速度增加、质量减小、时间加长,那么最终我们获得的速度将会更快,燃料装载可以到最少,剩下的容积就是有效载荷!但事实上我们的火箭在这方面做的并不好,比如推力大的能飞出大气层的化学火箭,却飞不远,因为其燃料消耗太快!而耐久性特别好,燃料特别耐用,时间可以很久的离子电推却因为推力太小,无法在大气层内使用!

但有一个问题需要提醒一下的是,这种丢弃物质产生的作用与反作用力推动的火箭,无论其如何加速、装载多少燃料,加速多久时间.....理论速度都无法超过光速,而我们的可观测宇宙达930亿光年,即使银河系直径也高达20万光年,我们似乎永远都到不了银河的另一端!!可能需要一种全新体制的发动机来替代这种应用数百年前的定律制造的发动机!!

当然在这个飞出太阳系最大速度都没有超过万分之一光速的时代来说这个超光速的事情是不是太早了?但事实上也确实,因为到现在为止理论都还没有出现,有的仅仅是停留在科幻层面的数据,要成为事实,也许还得过上数百年甚至更久,但只要有这一天....我们人类就仍然还存在征服宇宙的希望!!


星辰大海路上的种花家


这个问题里的前半句话和后半句话毫无因果关系。

无论是不是真空环境,太空飞行器的反作用力都来自于其内部的燃料,考燃料燃烧的喷气动力推进。具体过程为燃料燃烧产生大量气体,气体沿着一个方向喷射出去。这时候你就可以采用冲量定理了,设单位时间内喷出的气体质量为m,速度为v,则Ft=mv,F为力,t为单位时间,这样就可以求出气体受到的推力为F=mv/t。然后根据牛顿第三定律,作用力与反作用力大小相等方向相反,得出飞行器受到的推力为-F。飞行器获得的速度直接用动量守恒定律,MV+mv=0,求出飞行器获得的速度为V=-mv/M,其中M为飞行器的质量。

至于问题里为什么强调真空,我猜提问者把航天飞行器当成航空的飞机了,以为必须靠推动空气产生的反作用力才能飞行,但那种情况必须有推动空气的东西,比如鸟的翅膀,飞机的螺旋桨,它们可以不用喷气动力。反之,航天的火箭,空间站变轨,卫星变轨等等靠的都是燃料燃烧的喷气动力。二者虽然有区别,但遵循的物理定律都是一样的牛顿第三定律和动量守恒定律。

关于牛顿第三定律和动量守恒定律谁更基本的问题,中学物理都按照历史出现顺序先讲牛顿三定律,再讲动量守恒,这会让你误解为动量守恒是牛顿第三定律的推论,其实这个观点是错的。在物理专业课里的《经典力学》中(注意不是大学物理的《力学》,比那个要深很多)中,你会学到动量守恒更基本,它来自于作用量原理,即作用量的空间平移不变性导致动量守恒(诺特定理)。


九维空间


飞行器发动机喷射出的气流能给飞行器带来反作用力。如果飞行器没有发动机,当然就不会有反作用力了。

不管是在太空还是在地面,只要你伸手去推一样东西,都会给你带来反作用力的。这与火箭发动机向后推送出气流,能给它带来向前的力量在原理上完全一样,与是否为真空无关,这个力只是作用在你与被推的物体之间。

火箭发动机工作时,所携带的推进剂完全可以自己形成化学反应,向后持续喷射出高温高速的气流,这股气流流被喷射出去的同时,会给火箭带来一个反作用力,气流向后喷,反作用力推着发动机向前走,就是这个道理。这里就不谈热力学定律了。

喷气式飞机上的发动机,也是依靠向后喷射气流,产生反作用力向前飞行的,只是需要空气中的氧气参与燃烧,飞机发动机的进气口,就是要获得空气中更多的氧气,这在太空中当然没有,所以不能工作。

螺旋桨飞机在螺旋桨旋转时,把空气快速向后推去,向后排出空气的反作用力,给发动机带来了前进的动力。太空中没有空气,当然不能给飞机带来反作用力,也就不能飞行了。

虽然火箭发动机原理简单,但是人类在火箭发动机上,可谓动足了脑筋。在推进剂的研制上,发动机获取最大动能上,以及相应的冷却系统等等,都体现出了人类杰出的智慧。然而,这类发动机毕竟效率太低,进一步发展的难度非常之大。

如今人们在研究用电能加速工质的电火箭,虽然优点很多,但推力太小,只能用于航天器的姿态控制及位置保持等。

除此以外,人们也在研究效率更高的核火箭发动机。核火箭发动机分为裂变类和聚变类两种,但是困难非常多。聚变核反应火箭一旦研究成功,实现太阳系内飞行将不再是梦想。


史海探奇


四个字:动量守恒

这个中学物理就学过,简单来说:假设火箭在太空中匀速V飞行,因为太空没有阻力,所以发动机可以关着。

如果要加速,那么必须向后喷射“火焰”,很显然火箭损失了一部分质量(燃料),并且这部分质量以一定速度向后喷去,由于动量守恒,火箭主体的速度势必增加,以保动量守恒。


我估计为什么题主会提出这种问题,应该是将作用力和反作用力的概念没有搞清楚。记得当时在初中的时候,我也有过类似的想法,后来觉着是当时物理书上举的例子不太好。

记得例子的大意为:小明坐在小船上,挥动船桨,浆推水,水反过来又推浆。


其实这句话没错,但是这会让我们很自然的联想:火箭上天是因为空气的反作用力所致,因此很困惑,为什么太空没气体,火箭还能加速飞行?后来这个困惑,也是问了老师才明白。

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赛先生科普


反作用力不是从哪里来的,而是有作用力了就一定会有反作用力,没有反作用力的作用力是不存在在这个自然界中的,所以,反作用力从作用力这里来。

平时看到的飞机,那是利用发动机推力与机翼的升力才飞得起来的,飞机的发动机靠的是自行吸气,而太空中的飞行器、火箭就必须要自带助燃剂与燃料,这就是工质。火箭的自带助燃剂一般都是液氧。

助燃剂与燃料在发动机内部燃烧,然后将工质向后喷出,这样飞行器自然的就向前运动了,本质上来说就是动量守恒。

站在地上推墙,墙不动你就得向后动,飘在太空中,向前扔块石头,你也得向后运动。力是改变物体运动状态的原因。

从另一个方面来说,有空气不利于飞行器飞行。你看火箭携带的燃料那么多,很多都用在了克服空气阻力这一方面了。


科幻船坞


太空推进器都是喷射物质推进,而这个物质大多就是燃料+氧化剂产生的大量膨胀气体,然后从尾部喷射口喷出,形成反向作用力。这原理很好懂吧,就想一个气球一样,你把气球嘴打开,气球内部的高压向外部的低压泄压,等同于太空梭喷射物质,从而获得反作用力。

这个和地球上不大一样,比如螺旋桨是根据伯努利定律,将桨叶前后的空气产生压力差,产生动力(同时也用上了牛顿第三定律),喷气机虽然看着和太空梭类似,但实际上他向后喷射的气体是和空气相互作用形成反向作用力。


太空梭的动力更像是内部向外泄压形成反推力,比如你在太空里放个P...然后你就能飞老远...如果你不反向再精准放一个减速P,那你就慢慢飘荡到被某个附近天体捕获为止。