太空接近於真空,飛行器的反作用力從哪裡來?

勇哥148025650


這個問題確實存在錯誤,飛行器在太空又不需要反作用力,它已經徹底失去了地心引力,到了大氣層之外各種飛行器都會出現自主“漂浮”狀態,它需要只是變軌技術而已。至於太空外飛行器的動力則是和大氣層內的噴氣式發動機差不多,都是通過燃燒燃料然後形成推力,只不過環境和效果完全不一樣。

衛星就是用可以全方位旋轉的噴量口進行変軌

在大氣層內一架戰鬥機從起飛到最大巡航速度,然後發動機關掉就會降速或摔下來,而太空中則需要對衛星等飛行器進行一個時間短暫的推力就可以讓它不停的保持高速前行,根據噴量的大小和時間長短來進行速度確定,而不需要持續產生推力。

另一方面來說如果想讓飛行器停下來必須要從相反的方向產生推力,否則這架飛行器就會不停的向前飛,在沒有撞到其他小行星或物體之前不會停下。這有點類似於宇航員們在太空艙裡訓練,扔一個東西它會一直沿著扔出去的軌跡漂浮飛行,直到有人接住它或撞到牆壁才會停下。

衛星被髮射至太空後,剩下的進入軌道和修正軌道都靠衛星本身。

其實很多人不明白為什麼太空中的衛星在“真空環境”下繞著地球飛行還需要定期軌道修正,而自然存在較大的行星則不需要。實際上太空並不是完全真空狀態,只是接近真空,太空中有一定的氣體分子和原子存在,只不過微乎其微,但這也要比地球人造的“真空環境”強上N倍,所以這樣也會給衛星帶來阻力。這就好比我們手疊了一架紙飛機,扔出去的時候空氣中漂浮的塵埃對其產生的影響。

衛星進行變軌的示意圖

另外一個原因實際上衛星或者小行星都會出現“軌道偏離”的情況,只不過它們是不能一起進行“量級”的。太空中的人造衛星雖然個頭較小,但是時間久了就需要發動機工作一下,差不多5年時間就要進行一次軌道修正。而我們地球的“衛星”月球則可能需要幾十億甚至幾百億的時間才會發生一點軌道偏離,我們賴以生存的地球圍繞太陽旋轉則可能需要幾百億幾千億年時間才會出現“偏離軌道”的現象,這根本不是人類科學所能捕捉到的,遠遠超過了我們能夠觀測的地步。

地球每時每刻都在發生改變,只不過我們感覺不到而已。

目前對於太空方面的探索技術和經驗也就是常五國比較成熟,其中又以美國走的最為深遠。美國在太空方面所以進行的實驗是其他國家無法相比的,空天飛機能輕易自由翱翔於大氣能內外的時間不會太長,被應用於軍事領域的日子就不會太久。但是我相信只要我們不放棄我們的夢想就一定會在未來“太空漫步”的時代佔有一席之地。

美國對於空天飛機的實驗不會輕易放棄


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軍武奇兵


這是一個燒腦問題,我思考了一上午終於找到了令我滿意的答案。飛行器飛離地表一百公里以外,周圍的大氣很稀薄了,己經接近真空狀態。飛到一千公里以上就其本屬於太空狀態。那么飛行器要想加速,減速或轉道就要靠施放燃料而實現。有人問,沒有大氣就產生不了反作用力,飛行器的動力如何產生呢?我認為從本質上汫飛行器的反作用力無論在空氣中還是太空裡都不是空氣的阻力造成的,而是燃料本身的排擠力產生的。飛行器噴射的燃料擠佔了原有的空間,必然產生對飛行器的排擠力,這個力就是飛行器運動的動力。在大氣中這個力受到大氣的阻力,因此產生的排擠力會更大些,但是大出來的力又被前方的空氣阻力抵消了,幾乎等於空氣所產生的反作用等於零。如果地球一側有大面積的火山同時爆發,地球照樣會改變速度或方向,未來的人類有希望操控地球轉動速度和軌道。


彩雲東昇戴寶山


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


小村姑灰過來:很簡單,目前太空中的飛行器動力都來源於“扔東西”!

上太空扔東西,費用太高,咱們承受不起,我們自己可以做一個簡單的實驗,到公園裡,找一條小船,裝上10個5公斤的鉛球,然後站在船尾,向湖裡扔鉛球,看看船和我們怎樣運動。如果我們的力氣夠大,鉛球扔得夠遠,初速度很快,那麼船也運動得越快。這就是宇宙飛船行進的原理。類似於槍的後坐力。

當然,有些愛較真的人會說,這不是真空,我是用降龍十八掌推動空氣產生推力的,那我也無語了。

實驗條件可以再苛刻一點,自己建造一個巨大的真空罐,將氣體抽出去,接近飛船的真空狀態,我們穿上厚重的宇航服,站在平板車上,向一個方向扔鉛球也可以,前提是咱們得有真麼多錢,力氣足夠大,不被宇航服束縛。

太空中扔鉛球當然不實際,那是吃飽了撐的,我們只能夠靠燃料在燃燒室猛烈燃燒,噴射出高速灼熱氣體實現推進。在人類沒有發明新的推進方法的時候,就只能靠扔東西前進。

…………

謝謝閱讀!


諸葛小村姑


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


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


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。


史海探奇


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


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。


科幻船塢


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。


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