03.01 从空间站向地球扔纸飞机,它能安全到达地面吗?

冯学余


取决于纸飞机纸张的密度以及大小。如果足够轻盈,并且又小又结实的话,可以安全到达地面。

航天器返回大气层的时候速度很快,由于大气于返回舱的碰撞,使的前面被撞击的空气升温。虽然纸张下降到同样高度的时候,于航天器的运动状态相同,都是以同样的速度开始接触大气。


但是由于纸飞机质量轻,且质量轻到一定程度的话,很稀薄的大气就可以将纸飞机提前减速,纸飞机的惯性不像航天器那么大,不足以对抗大气。导致纸飞机在刚接触稀薄的大气的时候就已经把速度降下来了,最终缓缓降落到地面。当然,前提是足够轻盈的纸飞机。

不好想象的话,可以这么理解。在一个超音速风洞里,放置一架金属模型导弹,前面用线固定,这个模型很快就会被吹得发热。

如果放一架纸飞机,那么纸飞机于线连接的地方会被吹断,纸飞机瞬间被吹到风洞的另一头。

如果用某种外力迫使纸飞机在空气中保持高速,那么纸飞机同样会升温燃烧。但是实际中纸飞机下落的过程中没有这个额外的力,只有自己的惯性。但是纸飞机重量小,惯性也小。

如果初始高度不是太高,重量不是太大的话,纸飞机在以高速接触大气的时候,要么被大气拍解体,要么直接急剧减速,最终安全落到地面。


什么?你要扔个二向箔?


蛋科夫斯基


如果不是特殊材料,这架纸飞机必烧毁无疑。

或许有些朋友觉得纸飞机很轻呀,遇到一点点大气阻力不就减速了么,怎么还会被烧毁?

其实这个问题要略详细的说一下:

①纸飞机从空间站落下时,它自身的速度是和空间站一致的,而空间站的轨道高度一般在300到400公里,因此它相对于地面的速度在7.7公里左右每秒

②空气阻力的问题,这也是最关键的一点。我们知道大气密度是随着高度不断下降的,80公里的高度,空气阻力已经降为0.001%,再往上只会更低。那么这就变为了一道变加速问题,并且阻力还会产热,那我们应该怎么考虑呢?

③我们只要取一个特定高度,就是80公里,并且我们将纸飞机损毁的条件变高:

将初速度7.7公里认为都在进入80公里高度前被阻力所损耗了(就是初动能被阻力抵消了),于是这就变成了:

纸飞机在400公里的高度,相对于地面零初速度释放,到80公里处遇到0.001%密度的空气,问纸飞机后续是否能保持正常落到地面?

简单的计算过程以及结果:

纸飞机经过320公里的加速,在80公里处的速度达到每秒2.414公里(这里已经考虑到重力加速度是变化量)。

计算空气阻力:我们假设纸飞机的的体型为薄长方体,长为5公分,宽为2公分,厚度0.2公分;密度500千克/立方米

阻力公式:F=(1/2)cρsv^3【c为空气阻力系数、ρ为80公里处的空气密、s迎风面积、v为速度(注意:常见的空气阻力是速度的二次方,但实际上随着速度的不同,这里应当取3次方)】

在比热容方面:我们以水的比热容代替(水的比热容是大于纸的,这相当于再次提高了纸张被损坏的要求);

结果:80公里处所遇瞬间阻力为91牛,阻力方向加速度91000 米/秒方,因此这张纸的速度几乎是瞬间降为零(如同撞到一堵墙)。而大部分动能转化热能,使其升温600摄氏度左右。

因此纸飞机,瞬间解体、瞬间烧毁。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


我认为很大的可能性是不行的。

首先,纸飞机应该不会被烧毁。

纸飞机在放飞的时候是跟空间站一起运动的,速度非常高,如果直接进入浓密的大气,很有可能不是在剧烈摩擦中稍微,就是在空气的阻力作用下被撕碎。

但是纸飞机的质量是很轻的,而且其造型上来说,阻力系数比较大,所以即便是很稀薄的空气也可以造成很大的阻力,并且迅速降低纸飞机的速度。我推测,纸飞机会在地球外圈的稀薄空气中快速减速——而这个时候稀薄的空气对纸飞机的破坏作用相对较小,随后就可以以相对较低的速度进入稠密的大气而不用担心被烧毁。

↑大气分为好多层,性质各不相同↑

但是,纸飞机在经过对流层的时候会饱受蹂躏。

气球表面的空气状态是不一样的。平流层中的空气相对平稳、空气中杂质较少,所以纸飞机飞起来相对比较安全。但是一旦进入了对流层,其中上下左右不断翻滚的气流,很容易就让脆弱的纸飞机被撕碎,同时,由于其中的水汽、尘埃的作用,恐怕脆弱的纸飞机也根本承受不了这种侵蚀,最终可能会在某一片雨云里被淋湿、成为一坨纸浆,或者在剧烈的气流作用下被撕成碎片。

所以,纸飞机应该是没有办法抵达地面的。


航小北的日常科普


若是普通纸张折叠成的纸飞机是肯定会被烧毁的,一点儿也不会剩下,这是因为,空间站的速度为环绕速度,也就是第一宇宙速度:7.9km/s。

所以,这个纸飞机一旦从空间站中扔出,那么它的初始速度就在7.9km/s,空间站在距离地表400多公里高空,考虑到那里大气密度已经极为的稀疏,所以,即便纸飞机质量很低,阻力系数很大。

在下降的过程中,至少在距地300-400公里的位置不会出现明显的减速过程,速度还会在7公里每秒以上。

2007年,日本的东京大学与日本的航天机构JAXA准备要进行一次有趣的试验,试验就是和题目一样,将纸飞机从空间站抛出,看是否可以抵达地面。

该项目筹备人员称,普通的纸飞机是不会抵达地面的,会在大气层中被烧毁,他们设计了一个纸飞机的形状,在计算机模拟测试时,该形状纸飞机在距离地表100公里处时,速度仍维持在5km/s以上。

后来研究人员结识到了一种新型材料,以烷氧基硅烷溶液为原料,使普通纸飞机上面覆盖一层特殊的硅氧烷结合构造而成的薄膜,使纸飞机拥有了出色的耐热能力。

所以,从这个试验可以知道,普通的、未经过特殊处理的纸飞机,无法顺利抵达地面。


科学船坞


这件事情2008年就已经由日本科学家干了!

当然是是利用了特殊材料制作的纸张。

2008年从国际空间站扔出来的就是这货。

表面是纸张的一架小飞机,实际上利用烷氧基硅烷在在纸面上涂布,使得这架纸飞机可以有极高的强度并且特别耐高温。

只不过由于是从400km高的国际空间站放飞,而且这架小飞机是无制导和控制能力的,因此这架小飞机放飞后无法自主的选择降落地点,因此无奈之举就是在小飞机上印上了10种文字要求拾获者将小飞机寄给日本的JAXA(宇宙航空研究开发机构,相当于日本nasa)。

放飞至今已经十年过去了,貌似没有消息说明日本JAXA收到了这架从400公里高的太空释放的小飞机。

但在纸飞机的研究过程中,日本还是取得了薄型材料在高速飞行过程中抗撕裂和耐高温的试验研究成果。


军武数据库


这绝无可能到达地面!也不用纸飞机,纸团也是一样的,在真空中机翼是毫无用处的,这纸还是会在太空中长久运行,在它暂时远离空间站后还可会再次回到空间站的附近再次远离空间站,如此循环反复,忽远忽近,类似振动现象一样,振动周期与空间站绕地运行的周期基本一致。


天高云飘


这个问题啊!

主要一是入射角问题,因为纸飞机✈️头轻脚重,在真空中有第一宇宙速度,会依靠圆周做匀速圆周运动。但,即使微重力,假以时日,会逐渐沉降轨道,漫漫旅途会接触大气层,即是开始是安全的,是因为外层空气但第一宇宙速度7.9km/s也不是容易降下来,就普通纸质的强度,一是考虑积热,二是考虑撕裂。都有可能,那递减成尘埃可能很多碎片化。

还有,别说纸飞机哪种几何形状,就如子弹头,已经是比较稳定的几何体了,高速射出时,如果不加自旋,就会翻滚,那个7.9km/s的速度逐渐减少时,不会发生这种形式吗?

还有一个反例是,鸡毛上天,速度轻飘飘,但能到达太空吗?理论上一直助力渐进增加或许可以,但如何实现?


林根数学


这个不可能做到的。

太空中没有空气,也就不存在阻力,纸飞机简化成质点来考虑。对于轨道运行物体而言,能否落到地面取决于轨道是否穿过大气层。纸飞机起点在空间站,最有效使纸飞机轨道降低的加速方向是轨道速度的反向而不是地心方向。然后我们想办法算下轨道速度,因不知道空间站实际运行高度,我们用同步轨道作为参照(实际空间站高度远远低于同步轨道,轨道速度远远大于同步轨道),同步轨道的轨道速度约为3.1km/s,以人力扔出的纸飞机对于这个速度而言可以忽略不计,更不用说实际空间站的运行轨道速度了,所以以人力扔出的纸飞机不可能做到变轨,也就不可能进入大气层,也就无法落到地面。

再考虑极端一点的情况,轨道高度是一个极大值,使得轨道速度为一个极小值,人力扔出纸飞机的速度能够做到有效变轨,结果会怎样呢?理论上可以落到地面,实际上这么高的轨道高度远远超过地球的引力捕获范围,纸飞机在这种位置受到太阳的引力的影响远远大于的地球,根本不可能落向地球。


Ishtar000


感觉纸飞机重量轻,面积大,阻力更大,风向忽略不计,从空间站投向地球,在地球引力下漂向地球,在空气阻力下和本身的重量双重作用下速度不是很快,不会摩擦烧毁。应该安全达到地面!好像下雨一样,雨点在空气阻力下加上加速度,不会砸死人,

文化不高,杂谈而已!


无语144801039


众所周知,外太空是真空环境,空气阻力为零。所以说,从空间站向地球扔纸飞机,和从空间站向地球扔一个铁球是一样道理,在初速度一样的情况下,都会向有引力方向逐渐加速,最终纸飞机和铁球会达到同样的速度,并且速度相当的高,当接近大气层时,由于纸飞机和空气摩擦生热,纸飞机会瞬间被燃烧。。

本人在这方面是外行,是不是这样解释?你说了算!😄😄


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