太空接近於真空,飛行器的反作用力從哪裡來?

勇哥148025650


太空推進器都是噴射物質推進,而這個物質大多就是燃料+氧化劑產生的大量膨脹氣體,然後從尾部噴射口噴出,形成反向作用力。這原理很好懂吧,就想一個氣球一樣,你把氣球嘴打開,氣球內部的高壓向外部的低壓洩壓,等同於太空梭噴射物質,從而獲得反作用力。


這個和地球上不大一樣,比如螺旋槳是根據伯努利定律,將槳葉前後的空氣產生壓力差,產生動力(同時也用上了牛頓第三定律),噴氣機雖然看著和太空梭類似,但實際上他向後噴射的氣體是和空氣相互作用形成反向作用力。


太空梭的動力更像是內部向外洩壓形成反推力,比如你在太空裡放個P...然後你就能飛老遠...如果你不反向再精準放一個減速P,那你就慢慢飄蕩到被某個附近天體捕獲為止。


瘋狗的輕武


這個問題裡的前半句話和後半句話毫無因果關係。

無論是不是真空環境,太空飛行器的反作用力都來自於其內部的燃料,考燃料燃燒的噴氣動力推進。具體過程為燃料燃燒產生大量氣體,氣體沿著一個方向噴射出去。這時候你就可以採用衝量定理了,設單位時間內噴出的氣體質量為m,速度為v,則Ft=mv,F為力,t為單位時間,這樣就可以求出氣體受到的推力為F=mv/t。然後根據牛頓第三定律,作用力與反作用力大小相等方向相反,得出飛行器受到的推力為-F。飛行器獲得的速度直接用動量守恆定律,MV+mv=0,求出飛行器獲得的速度為V=-mv/M,其中M為飛行器的質量。

至於問題裡為什麼強調真空,我猜提問者把航天飛行器當成航空的飛機了,以為必須靠推動空氣產生的反作用力才能飛行,但那種情況必須有推動空氣的東西,比如鳥的翅膀,飛機的螺旋槳,它們可以不用噴氣動力。反之,航天的火箭,空間站變軌,衛星變軌等等靠的都是燃料燃燒的噴氣動力。二者雖然有區別,但遵循的物理定律都是一樣的牛頓第三定律和動量守恆定律。

關於牛頓第三定律和動量守恆定律誰更基本的問題,中學物理都按照歷史出現順序先講牛頓三定律,再講動量守恆,這會讓你誤解為動量守恆是牛頓第三定律的推論,其實這個觀點是錯的。在物理專業課裡的《經典力學》中(注意不是大學物理的《力學》,比那個要深很多)中,你會學到動量守恆更基本,它來自於作用量原理,即作用量的空間平移不變性導致動量守恆(諾特定理)。


九維空間


答:在太空中,一般使用噴氣式發動機,來產生推力!


地球上有空氣,我們可以利用飛機和空氣的反作用力,來產生推力,比如直升機、雙翼飛機,還有各種飛鳥和昆蟲。




但是利用空氣的反作用力來產生推力,其能力是非常有限的,再高的速度,就得使用噴氣式發動機才能達到,在大氣層內,飛機自帶燃料,助燃物(一般是氧氣)取自空氣。


但是在太空中,沒有空氣,飛行器就必須同時攜帶燃料和助燃物,靠燃燒時產生高速火焰產生反向的推力,基本原理是動量守恆。



另外,在需要不大的推力時,也可以直接噴出高壓氣體(攜帶的呼吸氣體),就能產生反向推力,比如宇航員在太空行走時,宇航服就攜帶這樣的助推裝置。


從動量守恆的原理來說,飛行器噴出同樣質量的物質,如果相對速度越快,飛行器獲得的推力也就越大,一般的噴氣式發動機,噴出的火焰速度為數千米每秒。

先進的等離子推進器,噴出的等離子體,時速高達20KM/S以上,所以等離子推進器產生的推力更大,但是技術難度也大,目前還在開發研製當中,用於未來的太空探索。


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艾伯史密斯


四個字:動量守恆



這個中學物理就學過,簡單來說:假設火箭在太空中勻速V飛行,因為太空沒有阻力,所以發動機可以關著。

如果要加速,那麼必須向後噴射“火焰”,很顯然火箭損失了一部分質量(燃料),並且這部分質量以一定速度向後噴去,由於動量守恆,火箭主體的速度勢必增加,以保動量守恆。



我估計為什麼題主會提出這種問題,應該是將作用力和反作用力的概念沒有搞清楚。記得當時在初中的時候,我也有過類似的想法,後來覺著是當時物理書上舉的例子不太好。

記得例子的大意為:小明坐在小船上,揮動船槳,漿推水,水反過來又推漿

其實這句話沒錯,但是這會讓我們很自然的聯想:火箭上天是因為空氣的反作用力所致

,因此很困惑,為什麼太空沒氣體,火箭還能加速飛行?後來這個困惑,也是問了老師才明白。

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賽先生科普


物理學原理有些人理解不是很透徹,所以普通人會產生誤解,以為一定需要空氣或者地面阻擋才能發射火箭飛行,擔心飛行器在太空裡沒有空氣沒有遮擋物體無法飛行。這是天大的誤會啊,上面的滴滴滴大哥已經分析清楚了,物理學裡作用力與反作用力是天生一對的,不需要空氣阻攔一樣產生反作用力,在太空裡沒有空氣一樣產生反作用力,而且在太空中沒有空氣阻力保持固定速度飛行是不需要動力的只是利用慣性高速前進,如果飛船有動力哪裡是加速飛行越來越快。其他好心人回答只是分析的太空裡沒有空氣情況下需要什麼方式什麼燃料才能產生動力讓飛行器飛行問題,與提問核心不符。


白雲92211161


反作用力不是從哪裡來的,而是有作用力了就一定會有反作用力,沒有反作用力的作用力是不存在在這個自然界中的,所以,反作用力從作用力這裡來。

平時看到的飛機,那是利用發動機推力與機翼的升力才飛得起來的,飛機的發動機靠的是自行吸氣,而太空中的飛行器、火箭就必須要自帶助燃劑與燃料,這就是工質。火箭的自帶助燃劑一般都是液氧。

助燃劑與燃料在發動機內部燃燒,然後將工質向後噴出,這樣飛行器自然的就向前運動了,本質上來說就是動量守恆。

站在地上推牆,牆不動你就得向後動,飄在太空中,向前扔塊石頭,你也得向後運動。力是改變物體運動狀態的原因。

從另一個方面來說,有空氣不利於飛行器飛行。你看火箭攜帶的燃料那麼多,很多都用在了克服空氣阻力這一方面了。


一枚遊戲科幻迷


太空接近於真空,飛行器的反作用力從哪裡來?

在我們日常的理解中,作用與反作用力的成立大都是需要介質來實現的,比如我們推動一個物體,假如物體太重而用力過度的話,肯定我們自己被推離了物體,而汽車的前進也是輪胎摩擦了地面之後給了汽車一個作用力,因為地面也是推不動的!而且火箭起飛似乎也是因為空氣的反作用力.....??

但是上述的這幾個中間的作用與反作用力卻是有區別的,特別是在火箭這種在過程拋棄物質的反作用力作用方式!需要媒介來實現作用與反作用力行為的,是屬於不丟棄物質的反作用力行為,在這種情況下,如果不借助一個遠大於運動物體本身的媒介,那麼我們是難以被移動的,比如我們往牆上推一掌,我們自身可能會被推離牆壁,但對這空氣劈出一掌,似乎就沒有任何效果,因為你這一掌帶起的空氣質量太少,速度太慢,因此無法移動你的身體......當然空氣移動了!

但火箭這種朝後高速丟棄大量物質的行為,其媒介就是丟棄的物質本身,其速度可以用比例來計算,假如將1KG的物質向後一1M/S的速度丟棄,那麼同比例可以推動一個1KG物體以1M/S的速度前進!這個速度是朝後丟棄的物質所給予你的,而是否與真空無關,反而會因為真空中沒有阻力而加快這個速度!因為朝後丟棄的物質速度增加了,物體超前的速度也因為沒有阻力增加了!

而事實上我們不會這麼做,否則飛船上的物質幾下就被丟光了,我們能做的是儘量將丟棄的物質的速度增加、質量減小、時間加長,那麼最終我們獲得的速度將會更快,燃料裝載可以到最少,剩下的容積就是有效載荷!但事實上我們的火箭在這方面做的並不好,比如推力大的能飛出大氣層的化學火箭,卻飛不遠,因為其燃料消耗太快!而耐久性特別好,燃料特別耐用,時間可以很久的離子電推卻因為推力太小,無法在大氣層內使用!

但有一個問題需要提醒一下的是,這種丟棄物質產生的作用與反作用力推動的火箭,無論其如何加速、裝載多少燃料,加速多久時間.....理論速度都無法超過光速,而我們的可觀測宇宙達930億光年,即使銀河系直徑也高達20萬光年,我們似乎永遠都到不了銀河的另一端!!可能需要一種全新體制的發動機來替代這種應用數百年前的定律製造的發動機!!

當然在這個飛出太陽系最大速度都沒有超過萬分之一光速的時代來說這個超光速的事情是不是太早了?但事實上也確實,因為到現在為止理論都還沒有出現,有的僅僅是停留在科幻層面的數據,要成為事實,也許還得過上數百年甚至更久,但只要有這一天....我們人類就仍然還存在征服宇宙的希望!!


星辰大海路上的種花家


那些扯蛋動量守恆定律的都是初中物理不及格的,百度害人不淺。

火箭推進方式本身是應用了牛頓第三定律,但整個火箭設計是遵循了動量守恆定律,動量守恆定律解決了多重的火箭要裝多少燃料的問題,動量守恆定律是牛頓第三定律的推論。所以說火箭設計本身應用的關鍵是動量守恆定律,但單單拿推進方式來說就應該用牛頓第三定律去解釋。

首先,解析火箭使用燃料加速是因為作用力與反作用力同時產生,大小相等,方向相反。在火箭尾部點燃燃料(小型爆炸)會產生一個全方位的外作用力,而火箭推進器外殼設計成碗型,爆炸的作用力受力點在推進器內壁,同時產生一個方向完全相反的反作用,矢量方向參考電筒照明的設計,這個時候就想一個打開的手電筒,燃料爆炸的對火箭的作用力被採集和修正到光照的反方向,用於推動火箭。

這裡補充一點,火箭設計中應用動量守恆定律,當一個火箭的負載和使用的燃料確定之後,就要使用動量守恆定律去設計它多高,多胖,這才是動量守恆定律應用的地方,動量守恆是普適的,就是任何時候都適用,但牛頓第三定律則不是,例如現在各國大力研發的離子發動機(參考科幻片中那種藍色一圈一圈很安靜的推進器,沒錯就是那玩意),其加速的離子就是用電磁場控制的,這裡牛頓第三定律就不適用了,但離子發動機的火箭設計還是要應用動量守恆定律。

純手打。


花名未聞


由於我們生活在有大氣這種介質的環境裡,有些人可能會對作用力與反作用力的概念產生錯覺。事實上作用力與反作用力這對組合與有介質與否沒有任何關係,只要有作用力就會有反作用力。

想想人類發射到太空的各種探測器,基本上都是在“虛空”中飛行,只要有推動力,就能產生前進的作用力,事實上,真空中更適合飛行,因為幾乎不會遭受任何阻力。

很多時候是我們的慣性思維或者傳統思維限制了我們的想象力,完成了我們思維的侷限性,以至於會把簡單的問題複雜化!


宇宙探索


飛行器發動機噴射出的氣流能給飛行器帶來反作用力。如果飛行器沒有發動機,當然就不會有反作用力了。

不管是在太空還是在地面,只要你伸手去推一樣東西,都會給你帶來反作用力的。這與火箭發動機向後推送出氣流,能給它帶來向前的力量在原理上完全一樣,與是否為真空無關,這個力只是作用在你與被推的物體之間。

火箭發動機工作時,所攜帶的推進劑完全可以自己形成化學反應,向後持續噴射出高溫高速的氣流,這股氣流流被噴射出去的同時,會給火箭帶來一個反作用力,氣流向後噴,反作用力推著發動機向前走,就是這個道理。這裡就不談熱力學定律了。

噴氣式飛機上的發動機,也是依靠向後噴射氣流,產生反作用力向前飛行的,只是需要空氣中的氧氣參與燃燒,飛機發動機的進氣口,就是要獲得空氣中更多的氧氣,這在太空中當然沒有,所以不能工作。

螺旋槳飛機在螺旋槳旋轉時,把空氣快速向後推去,向後排出空氣的反作用力,給發動機帶來了前進的動力。太空中沒有空氣,當然不能給飛機帶來反作用力,也就不能飛行了。

雖然火箭發動機原理簡單,但是人類在火箭發動機上,可謂動足了腦筋。在推進劑的研製上,發動機獲取最大動能上,以及相應的冷卻系統等等,都體現出了人類傑出的智慧。然而,這類發動機畢竟效率太低,進一步發展的難度非常之大。

如今人們在研究用電能加速工質的電火箭,雖然優點很多,但推力太小,只能用於航天器的姿態控制及位置保持等。

除此以外,人們也在研究效率更高的核火箭發動機。核火箭發動機分為裂變類和聚變類兩種,但是困難非常多。聚變核反應火箭一旦研究成功,實現太陽系內飛行將不再是夢想。


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