把羽毛从太空扔下,会被烧毁,还是飘落到地上?

聚朋友之纵横中外

答:题主的本意,想必是想知道:羽毛和大气产生摩擦,到会不会导致羽毛烧毁的问题!


所以什么温度、辐射我们就不用考虑啦,直接告诉你定性分析结果,主要看羽毛在高真空的下降阶段,能达到多少速度:

(1)如果距离大气层太远,在无阻力下降阶段,达到了很高速度,那么进入大气层后,肯定会被烧毁;

(2)如果在大气层范围内下降,那么羽毛下降速度自然就上不去,会慢慢落回地面;

如果要问我,速度多少是临界值?哪里是烧毁和不烧毁的边界?不好意思!我不知道,我也不想知道!



其中的关键在于:就算是很轻的物体,只要以非常高的速度进入大气层,都会被烧毁,不会因为质量轻,就能被减速而避免烧毁,那是不可能的!



比如我们看到的流星,就是一些星际尘埃,以每秒数十公里的速度进入大气层,然后和大气层摩擦产生的光迹,这些星际尘埃的质量,一般不到一克。

只要有几微克(10^-6克)的质量,就能形成肉眼可见的光迹,这相对于一片羽毛来说,羽毛已经是很重的啦!



艾伯史密斯

太空是指地球大气层以外的宇宙空间,大气层空间以外的整个空间。

物理学家将大气分为5层:对流层(海平面至9千米)、平流层(9~45千米)、中间层(45~80千米)、热成层(电离层,80~400千米)和外大气层(电离层,400千米以上)。

地球上空的大气约有3/4在对流层内,97%在平流层以下,平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。

这5层的情况各有不同,笔者取极端的两种情况来分析。

首先,来看对流层。

对流层中,气温随高度升高而降低,平均每上升100米,气温约降低0.65℃。

气温随高度升高而降低是由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射,离地面越高,受热越少,气温就越低。但在一定条件下,对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象,称之为“逆温现象”。由于受地表影响较大,气象要素(气温、湿度等)的水平分布不均匀。空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈。

所以按这样的描述来看,羽毛如果在对流层中,很有可能因为温度高而燃烧。

接下来,来看外大气层。

散逸层,又称“外层”、“逃逸层”,是热层(暖层)以上的大气层,也是地球大气的最外层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,大部分分子发生电离;使质子和氦核的含量大大超过中性氢原子的含量。逃逸层空气极为稀薄,其密度几乎与太空密度相同,故又常称为外大气层。

散逸层由于温度高,空气粒子运动速度很大,又因距地心较远,地心引力较小,所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际空间。

因此,如果羽毛在外大气层或者以外的空间,羽毛会向宇宙空间里飘。


镁客网


...在250秒之前都是一条直线 ... 题目是从空间站扔下来的,所以离心力对g值的影响是绝不可能忽略不计的,刚抛下来的g值应该还是会比9.8低N个数量级,否则空间站早掉回地球了 ... 所以这羽毛落下来一定是个变加速运动啊,怎么可能是一条直线的匀加速呢

自己把图点开拿尺子比划一下,看看是不是一条直线再说,呵呵,好好的变加速运动,硬是被说成匀加速,滑稽。

g值能被离心力影响,看来他说的g值大概不是普通的g值吧,手动滑稽。

另外这题目改了不是一次两次了,我算的就不是从空间站扔下来的,压根就没切向速度,关离心力啥事,(此处应有滑稽表情

地球的大气层密度是随高度变化而呈指数变化的啊,怎么会从真空突然变成稠密啊

来让我们看看按指数变化的大气密度

它长这样

再看看截一段100km到80km的吧,拿100km的密度做个归一化

也就变大了30多倍呢,我觉得大概是有些人低估了指数函数增长的速度,啧啧,滑稽。

---------手动分割-------

感谢

@琥珀
给出的羽毛的重量数据,改成0.1g再算。

有人提到散热的问题,以及太阳照射的问题。其实这都是同一个问题啊,就是辐射换热的问题。也加上好了。

这里我再提一句,气动加热只是一个习惯性的叫法,实际上这个热流密度q等于说就是传导啊对流啊都在里面了,而且q可以是正的可以是负的啊,再加上辐射换热,已经完全考虑了所有的换热途径,压根就不存在什么"没考虑散热"的问题。

照的到太阳时候太阳常数也就 ,单面

照的到太阳时候还有地球反射的太阳辐射,约 ,单面

还有地球红外辐射,约 ,单面

辐射散热的话热流密度 , ,双面

吸收率发射率都当作0.8好了。

也就是总的辐射热功率

来让我们再算一算。

让我们先从向阳面投:

唔,结果有些区别,但是没有什么卵用,还是得烧掉

首先,从向阳面投的时候,由于辐射换热的缘故,温度上升到了394K也就是121℃左右,这个时候羽毛蛋白质已经糊了,基本就可以认为是烧毁了,假设它天赋异禀,能抗住这温度,那后面268s到了85km的时候,Ma=6.1,有个342℃的温度峰值等着它,这都碳化了。。。

那我们换个方式,从背阳面投一个试试:

唔,一开始温度哗哗往下降啊,都降到-21℃了!冰冰凉心飞扬,希望它能抗住接下来的气动加热哟。很遗憾,还是不能。269s的时候在83.4km,Ma=5.5达到了292℃的温度。唔,其实挺微妙的这个温度,变性肯定是变性了,碳化可能还差一点?唔,按常规角质蛋白在高温下会卷曲来看,这个羽毛形状已经毁了,那就是烧毁啦,遗憾。

我们再来看从120km投的,有太阳的时候,奔着150℃去了,估计还是糊了。没太阳的时候,哗哗地就下0℃了,后面回升都没过20℃,压根没的烧。

有太阳

没太阳

PS:请注意:烧毁不一定需要氧气,一般牵扯到这种高速过程,所谓的“烧”指的是高温而不是火焰,所以别拿啥氧气浓度说事儿,没氧气一样烧给你看。


聚朋友之纵横中外

类似的事情日本人也提出来过。

现在来看,他们是按照 7.9 km/s 的初速计算的。如果不能有效减速,那么烧毁是不可避免的。

.

不过日本人就比较较真,这个事情最后转交给东大。

.

第一个挑战:弹道系数

东大的教授的计算下,如果能有效的设计纸飞机的外形,达成一定的弹道系数,那么就可能在在 100 km 的高度,减速到大概到 5km/s 。

作者:李楠链接:https://www.zhihu.com/question/59208808/answer/162996663来源:知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

若水静好

对于把羽毛从太空扔下,会被烧毁,还是飘落到地球上之话题,回答之前,由于羽毛的太空区域位置未能说明,建议题主加上近地轨道,即是把羽毛从近地轨道太空扔下,会被烧毁,还是飘落到地球上?这样,题目就显得严谨了。我相信题主的本意是如此,那么,就按该题来谈谈我个人的看法,我认为,把羽毛从近地轨道太空中扔下,羽毛肯定会被烧毁得无影无踪的,而不会飘落到地球上来的现象。


地外天使

楼主特意选了羽毛讨说法,其实质是想引导大家考虑密度的影响。不管物体密度如何,在同样距离受到的重力加速度都一样。本题关键在于空气阻力会不会将羽毛的速度降下来使其免于烧毁。楼主问题的条件不够充分,在不考虑其它外力情况下,如果这个羽毛在地球同步轨道上,那它掉不到地球,如果在同步轨道以内,会因地球重力落向地球,同时其受到的重力加速度逐渐增大(最大到约9.8),速度自然是越来越大,等到接近大气层外缘时,开始受到空气阻力,速度会有所减慢,同时空气摩擦产生的热量开始传递给羽毛,至于能不能烧毁,还需要计算一下,就是计算比如在大气层穿行十米一百米一千米时,其速度是多少,由此可能产生的摩擦热量是多少,是否足以烧毁羽毛。俺不会计算,这个世界上也不会有这样的实验,因此只能大胆猜一下,我估计是烧毁的。因为羽毛刚刚接触大气层时,其速度或许可以达到每秒几公里甚至几十公里,这样的高速羽毛无法幸存落到地面上。


殺豬用鈍刀WX

提的问题太简单缺少必要条件所以不好回答。如:你扔时出手的速度,方向及你扔前的速度和运动方向等。如果你是在卫星或飞船上,用机械手扔出,还要看你扔出的速度及方向,总之,合速度大于等于第一宇宙速度小于第二宇宙速度且方向是地面平行,羽毛成为地球的小卫星,速过小于第一宇宙速度时不论你扔的方向如何,它都会堕向地球最终烧掉。大于第二宇宙速度它会飞出地球引力糸统成为太阳系的太空垃圾,..……


乙九丁

把羽毛从太空扔下,分以下几种情况:

1,羽毛的初始运动方向与大气层外缘相交,会烧毁。

这是因为羽毛终将进入大气层,并与大气分子发生接触,由于相对速度不低于第一宇宙速度,摩擦生热产生的温度远超羽毛燃点。

2,羽毛的初始运动方向与大气层外缘切线平行或远离,羽毛的初速度小于第二宇宙速度,则几乎不会落下来烧毁。

这是因为羽毛理论上可以圆形或椭圆形轨道长期围绕地球运行。但如果轨道或轨道的近地点离大气散逸层比较近,在足够长的时间尺度下,散逸的气体分子会使羽毛逐渐减速直至第一宇宙速度以下,导致羽毛坠落大气层烧毁。

3,羽毛的初始运动方向与大气层外缘切线平行或远离,羽毛的初速度达到或超过第二宇宙速度,则地球和羽毛说拜拜,相忘于江湖。


天涯观千剑

这是一个不值得花时间讨论的问题。羽毛的材质及构造,羽毛的形状,以及在空气中获得的浮力,足以支撑它由太空进入平流层,继而进入对流层,会在空气中保持紊乱滑行状态,尽管这过过程会比较长,最后还是会平安降落地球表面,自由落体定律不适应这个过程。有时间讨论一下有用的东西吧!


金猴1004

楼主的提问出得不严谨,一是没有给出进入大气层的速度以及进入大气层的入射角度。二是给米羽毛的形状。这些条件不同结果是完全不一样的。任何物体高速进入大气层入射角度不够的话会产生跳弹现象,即反射回太空。但羽毛的燃点低如果速度大到某个值而且入射角不是非常小但在能产生跳弹现象的角度范围内也可以在反射回太空之前就可以烧毁了。二是羽毛的形状不同产生反射的要求条件也不同。三是羽毛进入大气层的速度小到一定值的时候,羽毛也是可以以很小的速度落到地面的,因为羽毛普遍的阻力系数非常大,在空气中因重力加速影响很小产生高温的效果不好就可以安全落到地面。所以羽毛能否落到地面主要的条件就是速度和入射角。


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