太空接近于真空,飞行器的反作用力从哪里来?

勇哥148025650

能在太空飞行的飞行器,使用的是火箭🚀喷气发动机,火箭🚀工作时,向后喷出燃气,因此,其受到的反作用力从哪里来的,也就一目了然。向后喷气,就要对燃气施加向后的推力,因为物体间力的作用是相互的,同时,燃气对火箭施加向前的推力,使火箭前进。



另外,除火箭喷气发动机外,还有一种叫空气喷气发动机。空气喷气发动机工作时,同样向后喷出燃气,对燃气有向后的推力,同时,燃气对飞行器产生向前的推力,推动飞行器前进。

不同的是,空气喷气发动机只能在大气中飞行,因为它带的燃料需要氧气助燃。而火箭喷气发动机,不仅带燃料,还自带氧化剂,无需借助外界的氧气就能燃烧。


甜甜向上314159

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

由于我们生活在有大气这种介质的环境里,有些人可能会对作用力与反作用力的概念产生错觉。事实上作用力与反作用力这对组合与有介质与否没有任何关系,只要有作用力就会有反作用力。

想想人类发射到太空的各种探测器,基本上都是在“虚空”中飞行,只要有推动力,就能产生前进的作用力,事实上,真空中更适合飞行,因为几乎不会遭受任何阻力。

很多时候是我们的惯性思维或者传统思维限制了我们的想象力,完成了我们思维的局限性,以至于会把简单的问题复杂化!


宇宙探索

火箭推进方式本身是应用了牛顿第三定律,但整个火箭设计是遵循了动量守恒定律,动量守恒定律解决了多重的火箭要装多少燃料的问题,动量守恒定律是牛顿第三定律的推论。所以说火箭设计本身应用的关键是动量守恒定律,但单单拿推进方式来说就应该用牛顿第三定律去解释。

首先,解析火箭使用燃料加速是因为作用力与反作用力同时产生,大小相等,方向相反。在火箭尾部点燃燃料(小型爆炸)会产生一个全方位的外作用力,而火箭推进器外壳设计成碗型,爆炸的作用力受力点在推进器内壁,同时产生一个方向完全相反的反作用,矢量方向参考电筒照明的设计,这个时候就想一个打开的手电筒,燃料爆炸的对火箭的作用力被采集和修正到光照的反方向,用于推动火箭。

这里补充一点,火箭设计中应用动量守恒定律,当一个火箭的负载和使用的燃料确定之后,就要使用动量守恒定律去设计它多高,多胖,这才是动量守恒定律应用的地方,动量守恒是普适的,就是任何时候都适用,但牛顿第三定律则不是,例如现在各国大力研发的离子发动机(参考科幻片中那种蓝色一圈一圈很安静的推进器,没错就是那玩意),其加速的离子就是用电磁场控制的,这里牛顿第三定律就不适用了,但离子发动机的火箭设计还是要应用动量守恒定律。

纯手打。


花名未闻

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。



艾伯史密斯

物理学原理有些人理解不是很透彻,所以普通人会产生误解,以为一定需要空气或者地面阻挡才能发射火箭飞行,担心飞行器在太空里没有空气没有遮挡物体无法飞行。这是天大的误会啊,上面的滴滴滴大哥已经分析清楚了,物理学里作用力与反作用力是天生一对的,不需要空气阻拦一样产生反作用力,在太空里没有空气一样产生反作用力,而且在太空中没有空气阻力保持固定速度飞行是不需要动力的只是利用惯性高速前进,如果飞船有动力哪里是加速飞行越来越快。其他好心人回答只是分析的太空里没有空气情况下需要什么方式什么燃料才能产生动力让飞行器飞行问题,与提问核心不符。


小姚92211141

先看火箭的尾喷口形状构造,是喇叭形,气体从喷口的喉部向口部扩散。口部截面积大于喉部。根据物理学定律动量守恒,再根据流体力学,流体的速度与压强成反比,就是“喉部压强x喉部流速=口部压强x口部流速”。显然口部流速要小于喉部流速,口部压强必然大于喉部压强,于是就产生了从口部向喉部的一个推力。这就是火箭飞行的的动力。显然这些和喷口之外是不是真空没有关系。


柴门访客

宇宙空间没有空气分子,人类飞船只能依靠宇宙离子推进,因为宇宙空间只有粒子,但我们不知道这些粒子是否有具有极性,是带电磁场还是带力场都无从得知,所以要无限发射星舰以了解宇宙粒子特性。只要我们造出离子推进引擎,使空间电离,就可以遨游宇宙,因为飞船可以不必着陆,因为能源生产集群、一切生产集群都可以移植到飞船上,所以即使永远不着陆,也可以在飞船上永久生存。人类目前只要了解宇宙粒子就可以了,因为飞船要前进只能依靠宇宙粒子形成反力,所以我们要造离子推进引擎,喷出电磁场还是力场都可以选择,关键是要知道宇宙粒子特性,所以我们要无限发射星舰以了解粒子,虽然代价高昂,但意义是永恒的,因为一旦掌握了宇宙粒子特性,就可以造出离子引擎,人类就可以开始巡航宇宙


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