把羽毛從太空扔下,會被燒燬,還是飄落到地上?

聚朋友之縱橫中外

答:題主的本意,想必是想知道:羽毛和大氣產生摩擦,到會不會導致羽毛燒燬的問題!


所以什麼溫度、輻射我們就不用考慮啦,直接告訴你定性分析結果,主要看羽毛在高真空的下降階段,能達到多少速度:

(1)如果距離大氣層太遠,在無阻力下降階段,達到了很高速度,那麼進入大氣層後,肯定會被燒燬;

(2)如果在大氣層範圍內下降,那麼羽毛下降速度自然就上不去,會慢慢落回地面;

如果要問我,速度多少是臨界值?哪裡是燒燬和不燒燬的邊界?不好意思!我不知道,我也不想知道!



其中的關鍵在於:就算是很輕的物體,只要以非常高的速度進入大氣層,都會被燒燬,不會因為質量輕,就能被減速而避免燒燬,那是不可能的!



比如我們看到的流星,就是一些星際塵埃,以每秒數十公里的速度進入大氣層,然後和大氣層摩擦產生的光跡,這些星際塵埃的質量,一般不到一克。

只要有幾微克(10^-6克)的質量,就能形成肉眼可見的光跡,這相對於一片羽毛來說,羽毛已經是很重的啦!



艾伯史密斯

太空是指地球大氣層以外的宇宙空間,大氣層空間以外的整個空間。

物理學家將大氣分為5層:對流層(海平面至9千米)、平流層(9~45千米)、中間層(45~80千米)、熱成層(電離層,80~400千米)和外大氣層(電離層,400千米以上)。

地球上空的大氣約有3/4在對流層內,97%在平流層以下,平流層的外緣是航空器依靠空氣支持而飛行的最高限度。

這5層的情況各有不同,筆者取極端的兩種情況來分析。

首先,來看對流層。

對流層中,氣溫隨高度升高而降低,平均每上升100米,氣溫約降低0.65℃。

氣溫隨高度升高而降低是由於對流層大氣的主要熱源是地面長波輻射,離地面越高,受熱越少,氣溫就越低。但在一定條件下,對流層中也會出現氣溫隨高度增加而上升的現象,稱之為“逆溫現象”。由於受地表影響較大,氣象要素(氣溫、溼度等)的水平分佈不均勻。空氣有規則的垂直運動和無規則的亂流混合都相當強烈。

所以按這樣的描述來看,羽毛如果在對流層中,很有可能因為溫度高而燃燒。

接下來,來看外大氣層。

散逸層,又稱“外層”、“逃逸層”,是熱層(暖層)以上的大氣層,也是地球大氣的最外層。這層空氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用下,大部分分子發生電離;使質子和氦核的含量大大超過中性氫原子的含量。逃逸層空氣極為稀薄,其密度幾乎與太空密度相同,故又常稱為外大氣層。

散逸層由於溫度高,空氣粒子運動速度很大,又因距地心較遠,地心引力較小,所以這一層的主要特點是大氣粒子經常散逸至星際空間。

因此,如果羽毛在外大氣層或者以外的空間,羽毛會向宇宙空間裡飄。


鎂客網


...在250秒之前都是一條直線 ... 題目是從空間站扔下來的,所以離心力對g值的影響是絕不可能忽略不計的,剛拋下來的g值應該還是會比9.8低N個數量級,否則空間站早掉回地球了 ... 所以這羽毛落下來一定是個變加速運動啊,怎麼可能是一條直線的勻加速呢

自己把圖點開拿尺子比劃一下,看看是不是一條直線再說,呵呵,好好的變加速運動,硬是被說成勻加速,滑稽。

g值能被離心力影響,看來他說的g值大概不是普通的g值吧,手動滑稽。

另外這題目改了不是一次兩次了,我算的就不是從空間站扔下來的,壓根就沒切向速度,關離心力啥事,(此處應有滑稽表情

地球的大氣層密度是隨高度變化而呈指數變化的啊,怎麼會從真空突然變成稠密啊

來讓我們看看按指數變化的大氣密度

它長這樣

再看看截一段100km到80km的吧,拿100km的密度做個歸一化

也就變大了30多倍呢,我覺得大概是有些人低估了指數函數增長的速度,嘖嘖,滑稽。

---------手動分割-------

感謝

@琥珀
給出的羽毛的重量數據,改成0.1g再算。

有人提到散熱的問題,以及太陽照射的問題。其實這都是同一個問題啊,就是輻射換熱的問題。也加上好了。

這裡我再提一句,氣動加熱只是一個習慣性的叫法,實際上這個熱流密度q等於說就是傳導啊對流啊都在裡面了,而且q可以是正的可以是負的啊,再加上輻射換熱,已經完全考慮了所有的換熱途徑,壓根就不存在什麼"沒考慮散熱"的問題。

照的到太陽時候太陽常數也就 ,單面

照的到太陽時候還有地球反射的太陽輻射,約 ,單面

還有地球紅外輻射,約 ,單面

輻射散熱的話熱流密度 , ,雙面

吸收率發射率都當作0.8好了。

也就是總的輻射熱功率

來讓我們再算一算。

讓我們先從向陽面投:

唔,結果有些區別,但是沒有什麼卵用,還是得燒掉

首先,從向陽面投的時候,由於輻射換熱的緣故,溫度上升到了394K也就是121℃左右,這個時候羽毛蛋白質已經糊了,基本就可以認為是燒燬了,假設它天賦異稟,能抗住這溫度,那後面268s到了85km的時候,Ma=6.1,有個342℃的溫度峰值等著它,這都碳化了。。。

那我們換個方式,從背陽面投一個試試:

唔,一開始溫度嘩嘩往下降啊,都降到-21℃了!冰冰涼心飛揚,希望它能抗住接下來的氣動加熱喲。很遺憾,還是不能。269s的時候在83.4km,Ma=5.5達到了292℃的溫度。唔,其實挺微妙的這個溫度,變性肯定是變性了,碳化可能還差一點?唔,按常規角質蛋白在高溫下會捲曲來看,這個羽毛形狀已經毀了,那就是燒燬啦,遺憾。

我們再來看從120km投的,有太陽的時候,奔著150℃去了,估計還是糊了。沒太陽的時候,嘩嘩地就下0℃了,後面回升都沒過20℃,壓根沒的燒。

有太陽

沒太陽

PS:請注意:燒燬不一定需要氧氣,一般牽扯到這種高速過程,所謂的“燒”指的是高溫而不是火焰,所以別拿啥氧氣濃度說事兒,沒氧氣一樣燒給你看。


聚朋友之縱橫中外

類似的事情日本人也提出來過。

現在來看,他們是按照 7.9 km/s 的初速計算的。如果不能有效減速,那麼燒燬是不可避免的。

.

不過日本人就比較較真,這個事情最後轉交給東大。

.

第一個挑戰:彈道係數

東大的教授的計算下,如果能有效的設計紙飛機的外形,達成一定的彈道係數,那麼就可能在在 100 km 的高度,減速到大概到 5km/s 。

作者:李楠鏈接:https://www.zhihu.com/question/59208808/answer/162996663來源:知乎著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權,非商業轉載請註明出處。

若水靜好

對於把羽毛從太空扔下,會被燒燬,還是飄落到地球上之話題,回答之前,由於羽毛的太空區域位置未能說明,建議題主加上近地軌道,即是把羽毛從近地軌道太空扔下,會被燒燬,還是飄落到地球上?這樣,題目就顯得嚴謹了。我相信題主的本意是如此,那麼,就按該題來談談我個人的看法,我認為,把羽毛從近地軌道太空中扔下,羽毛肯定會被燒燬得無影無蹤的,而不會飄落到地球上來的現象。


地外天使

樓主特意選了羽毛討說法,其實質是想引導大家考慮密度的影響。不管物體密度如何,在同樣距離受到的重力加速度都一樣。本題關鍵在於空氣阻力會不會將羽毛的速度降下來使其免於燒燬。樓主問題的條件不夠充分,在不考慮其它外力情況下,如果這個羽毛在地球同步軌道上,那它掉不到地球,如果在同步軌道以內,會因地球重力落向地球,同時其受到的重力加速度逐漸增大(最大到約9.8),速度自然是越來越大,等到接近大氣層外緣時,開始受到空氣阻力,速度會有所減慢,同時空氣摩擦產生的熱量開始傳遞給羽毛,至於能不能燒燬,還需要計算一下,就是計算比如在大氣層穿行十米一百米一千米時,其速度是多少,由此可能產生的摩擦熱量是多少,是否足以燒燬羽毛。俺不會計算,這個世界上也不會有這樣的實驗,因此只能大膽猜一下,我估計是燒燬的。因為羽毛剛剛接觸大氣層時,其速度或許可以達到每秒幾公里甚至幾十公里,這樣的高速羽毛無法倖存落到地面上。


殺豬用鈍刀WX

提的問題太簡單缺少必要條件所以不好回答。如:你扔時出手的速度,方向及你扔前的速度和運動方向等。如果你是在衛星或飛船上,用機械手扔出,還要看你扔出的速度及方向,總之,合速度大於等於第一宇宙速度小於第二宇宙速度且方向是地面平行,羽毛成為地球的小衛星,速過小於第一宇宙速度時不論你扔的方向如何,它都會墮向地球最終燒掉。大於第二宇宙速度它會飛出地球引力糸統成為太陽系的太空垃圾,..……


乙九丁

把羽毛從太空扔下,分以下幾種情況:

1,羽毛的初始運動方向與大氣層外緣相交,會燒燬。

這是因為羽毛終將進入大氣層,並與大氣分子發生接觸,由於相對速度不低於第一宇宙速度,摩擦生熱產生的溫度遠超羽毛燃點。

2,羽毛的初始運動方向與大氣層外緣切線平行或遠離,羽毛的初速度小於第二宇宙速度,則幾乎不會落下來燒燬。

這是因為羽毛理論上可以圓形或橢圓形軌道長期圍繞地球運行。但如果軌道或軌道的近地點離大氣散逸層比較近,在足夠長的時間尺度下,散逸的氣體分子會使羽毛逐漸減速直至第一宇宙速度以下,導致羽毛墜落大氣層燒燬。

3,羽毛的初始運動方向與大氣層外緣切線平行或遠離,羽毛的初速度達到或超過第二宇宙速度,則地球和羽毛說拜拜,相忘於江湖。


天涯觀千劍

這是一個不值得花時間討論的問題。羽毛的材質及構造,羽毛的形狀,以及在空氣中獲得的浮力,足以支撐它由太空進入平流層,繼而進入對流層,會在空氣中保持紊亂滑行狀態,儘管這過過程會比較長,最後還是會平安降落地球表面,自由落體定律不適應這個過程。有時間討論一下有用的東西吧!


金猴1004

樓主的提問出得不嚴謹,一是沒有給出進入大氣層的速度以及進入大氣層的入射角度。二是給米羽毛的形狀。這些條件不同結果是完全不一樣的。任何物體高速進入大氣層入射角度不夠的話會產生跳彈現象,即反射回太空。但羽毛的燃點低如果速度大到某個值而且入射角不是非常小但在能產生跳彈現象的角度範圍內也可以在反射回太空之前就可以燒燬了。二是羽毛的形狀不同產生反射的要求條件也不同。三是羽毛進入大氣層的速度小到一定值的時候,羽毛也是可以以很小的速度落到地面的,因為羽毛普遍的阻力系數非常大,在空氣中因重力加速影響很小產生高溫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條件就是速度和入射角。


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