在密閉行駛的車輛中有一隻蒼蠅,蒼蠅並未與車輛接觸,車輛的行駛速度和蒼蠅的速度是怎樣的?

向日葵不放棄陽光1


如果汽車跑的速度快的話,蒼蠅是不可能在車裡一直飛的,會停在車內的某個地方靠汽車帶它去旅行。


Luyike


親身經歷:夏天有時候開車車裡面就會偶然關一直蒼蠅,在不把窗戶打開的情況下,車子不管行駛的速度有多快,蒼蠅在車子內仍然照常飛行,和在平地上沒有任何區別。這就說明,蒼蠅的速度是完全和車速一致的,即便蒼蠅沒有和車子接觸。

其實,這個事情後面的物理規律也很簡單,就是因為牛頓第一定律。即在沒有受力的情況下,物質的運動速度保持不變。在汽車沒有加速的情況下,蒼蠅和汽車是相對靜止的,因為二者速度一致。當汽車加速時,蒼蠅的速度就會小於汽車的速度,如果汽車瞬間加速度很大,那麼蒼蠅如果飛不及的話,就會撞在汽車的後面。

但是,蒼蠅的速度是很快的,汽車加速的時候它在飛行過程中也可以加速。而且,由於汽車是密閉的,所以車內的空氣也會受到汽車給予的一個相同的加速度,從而使得空氣也一起跟著汽車加速,最終這個加速度也會部分作用於蒼蠅身上。當汽車停止加速時,蒼蠅和汽車的速度是一樣的。

其實,這個實驗我們現實中也可以做。比如一杯水中放置一個漂浮的物體,我們瞬間橫向移動水杯,水杯中的水就會往後揚起,而水上面的漂浮物也會跟著向後揚起。這裡水杯就好比密閉的汽車,水就好比空氣,漂浮的物體就好比是蒼蠅。當然,水的密度是比空氣大的,所以漂浮物在水杯加速過程中,位移會比空氣中小,因為它會收到水更大的推力產生加速度。


科學探秘頻道


想必這輛車應該就是普通的家用車吧,蒼蠅在裡面的情況差不多與你自己在車裡的情況一樣,除非汽車的加速度很大,那樣蒼蠅就會被甩到汽車內壁,而你則因為安全帶牢牢的坐在座位上。

我們來看看蒼蠅在各種情況下會出現什麼情況:

比如汽車在啟動時,由於蒼蠅在空氣飛行、懸停等都需要依靠空氣來“托住”它(也就是拍打翅膀產生向上的力,抵抗重力),那麼汽車啟動時,是一個變速的過程,由靜止轉為某一速度值的過程。

那麼蒼蠅在裡面也會經歷這個過程,否則它就會被“摔”到汽車後壁,但一般而已由於汽車的加速度不可能有多大,因此我們都沒有看見過蒼蠅撞到牆上的場景吧(除非是它自己想撞牆)。

而在汽車勻速行駛階段,蒼蠅可以在車內自由飛行,和汽車靜止時毫無異樣,這一點正是力學相對性原理的體現,在沒有共知或前提條件下,勻速和靜止實際上是沒法區分的。

而在汽車減速階段,實際上和加速階段沒兩樣,只是蒼蠅“摔”的方向反了而已。

其實這個問題只是簡單的初中物理常識,就和“一個人在運行著的高鐵車廂內跳一下會出現什麼情況?”一樣。

最後再問大家一個問題:在一個靜止的車廂內,一個光子從車廂底豎直向上發射,光跡是一條直線;如果換做運動的車廂呢?

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賽先生科普


這個問題不需用高深的相對論來回答,淺顯易見的日常開車觀察就可以了。跑高速,尤其是在初夏的傍晚開車,次日會發現汽車前臉特別是前牌照上密密麻麻的一層蚊子的屍體,而密閉車內咬你沒商量的幾隻蚊子卻安然無恙,伴你度過那段行程。同時會發現不論車開多快多慢或者停下來,絲毫不影響蚊子,想咬你小腿絕不咬你膀子,靈活自如同在臥室裡一樣。車外的蚊子都是被撞上的,雖然比不上飛機撞小鳥,但若是點子背的話,就像喝西北風也會塞牙。我遇到過,一隻伊蚊和一隻麻蚊打架,結果前擋風玻璃上出現了兩個蚊子同大小,同形狀,同肢幹狀的兩處裂痕。蚊子如此,蒼蠅也應該如此。


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“任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態,直到外力迫使它改變運動狀態為止。”——牛頓第一運動定律。


在完全密閉的車廂裡,飛在半空的蒼蠅會如何運動,這取決於車輛的運動方式。

如果車輛不是勻速直線運動,無論在加速、減速還是轉彎,蒼蠅的速度都不會跟車輛相同。

如果車輛是勻速直線運動,那麼幾乎所有人都知道答案:蒼蠅即使懸浮在空中,也會跟車輛以相同的速度和方向做勻速直線運動。

可是為什麼懸浮的蒼蠅會跟車輛的運動完全同步呢?

對此網上一直存在著兩種觀點:

一些人認為這是由於車廂內的空氣在隨著汽車一起運動,於是便推動了蒼蠅向前運動;

另一些人則認為這事兒與空氣完全無關,純粹是由於慣性定律的緣故。

然而這兩種認知都是錯誤的。

事實上,車廂裡的蒼蠅之所以跟車輛的速度相同,是空氣和慣性這兩大因素同時造成的。

✎車廂並不是真空環境,倘若不是空氣在隨著車輛一起運動,蒼蠅在半空中是無法保持勻速直線運動的,這一點只要打開車窗立見分曉。

✎可是如果沒有慣性定律的影響,單憑空氣是無法讓蒼蠅和車輛保持同速的,這是最基本的流體力學現象——時速60公里的氣流無法推動有質量物體達到時速60公里,除非在氣密裝置內。

這裡需要強調一下:密閉的車廂雖然氣密性極高,但是在這個空間之內,蒼蠅的四周仍然是開闊的。

關於氣密裝置,最容易想到的例子就是氣動槍的槍管。

在彈丸直徑和槍管直徑相吻合的情況下,氣動槍的氣罐噴射出的高速氣流能推動彈丸達到每秒上百米的初速。因為彈丸把槍管封死了,空氣無路可走,所有動量會全部傳遞給彈丸。

可是假如裝填的彈丸直徑比槍管小了一半,同一把氣動槍噴射出的同樣高速的氣流,卻無法讓這顆質量更小的彈丸達到同樣高的初速了。因為槍管“漏氣”了,氣流會從彈丸的側面通過,於是白白“流失”了許多動量。

車廂裡的蒼蠅也是同樣的道理——由於氣流會從蒼蠅的四周通過,於是無法將100%的動量全部傳遞給蒼蠅,那麼蒼蠅自然也就無法達到與氣流完全同等的速度。

所以對於懸停在車廂裡的蒼蠅,正確的理解是:在車輛保持勻速直線運動的過程中,蒼蠅絕不是被空氣推動的,而是由於慣性向前運動的;但與此同時,車廂內的空氣也必須以相同的速度作慣性運動,否則就會產生阻力改變蒼蠅的運動狀態。

這個現象可以由牛頓第一運動定律來解釋:

第一運動定律的完整理解是:在毫無阻力的理想環境下,一個恆定不變的作用力會讓物體不斷地加速,失去這個作用力之後,物體會保持當前速度永遠沿直線運動下去,直到外力改變它的運動狀態。

也就是在推力存在的情況下,物體會做加速運動,失去推力之後,物體會保持勻速直線運動。

譬如著名的理想斜坡實驗:在忽略空氣和軌道阻力的情況下,斜坡上的小球在下坡的過程中會由於重力而不斷加速,到達絕對水平的軌道之後,就會保持當前速度一直作勻速直線運動。

至於汽車,它是在發動機的推動下開始運動的,當它達到某個時速——例如60km/h時,如果發動機不再提供推力,汽車應該永遠以60km/h的慣性速度做勻速直線運動,只不過地面和空氣產生的阻力會干擾它的慣性運動狀態而已。

停留在汽車中的蒼蠅也是在發動機的推動下開始運動的,動量是車身傳遞給它的,當汽車的速度達到60km/h時,蒼蠅的慣性速度也達到了60km/h,此時它飛到半空中,既不與地面接觸,車廂裡的空氣也與它同速,因此對它而言並沒有任何阻力的存在,於是它會永遠以60km/h的慣性速度沿直線運動,此時汽車假如忽然停下,它會徑直撞在擋風玻璃上。

當然,如果汽車啟動之前蒼蠅就懸停在半空中,那麼汽車啟動時它就會撞到後方玻璃上,因為空氣無法將發動機帶來的動量全部傳遞給它。

綜上可見,汽車的車廂是非真空環境、蒼蠅四周是開闊空間,只考慮慣性或只考慮空氣都是不完整的,必須同時考慮空氣和慣性這兩大因素,才能正確解釋蒼蠅為何會與汽車保持同速。


科學矩陣


【導語】當我們汽車在行駛到時候,車內的物品如果拋起來或者是自己飛起來的時候,車內的物品的速度是什麼樣的?類似這樣的問題一直是大家比較熱衷於討論的事情,今天既然有題主提到這個問題了,那麼我就來進行一個全面的分析,討論一下當汽車在行駛的時候,車內的物品和車內沒有和車輛接觸的物品都是什麼樣的狀態。

首先我們可以肯定的是,當我們汽車在高速行駛的時候,如果車內是關窗的狀態的話,車內的空氣相對汽車來說就是靜止的,否則我們就會被吹得難受;當我們把車窗打開的時候,車外的空氣會因為車輛的速度而從車內穿過,這個時候車內的空氣和車子的相對速度是運動的。

如果我們在上高速的時候不小心讓一隻蒼蠅飛到了車裡,並且帶到了高速公路上,汽車以120km/h的速度巡航,這個時候如果我們關著車窗的話,車內的空氣就是相對靜止的,這個時候蒼蠅飛起來的時候就像是在地面禁止的時候一樣的,這種時候蒼蠅相對於外界的速度就是120km/h,而相對汽車的速度來說就是0km/h、因為汽車開到哪裡,車內的空氣就會被帶到哪裡,在蒼蠅眼裡車內就是一個靜止的環境。

當我們把車窗大開的時候,由於汽車相對外界的空氣來說是有速度的,所以外界的空氣會流進車內,我們會感覺到車內有很大的風吹過,這個時候如果蒼蠅正好在車裡是飛在空中的狀態的話,在開窗的瞬間就會被吹走,這個時候蒼蠅相對汽車的速度是接近120km/h的(流經車內會有減速),而相對外面的空氣是靜止的,所以當蒼蠅被吹出來的時候,很快就和地面處於靜止的狀態。

這其中的關鍵點在於,汽車在120km/h行駛的時候,有沒有帶動車內的空氣還有物品,就像我們放在車裡的證件,當車輛行駛的時候,證件也會跟著一起行駛,證件和地面相對運動,運動的速度和汽車行駛的速度一致;車裡的蒼蠅也是如此,當汽車沒有開窗的時候,車內的空氣是被汽車帶著走的,連同空氣中的蒼蠅也一起被帶走,這個時候蒼蠅和證件一樣相對汽車是靜止的,但是相對地面來說又是運動的。

這就好比我們的地球,我們的地球以飛快的速度繞著太陽旋轉,並且自身也在高速自轉,但是當我們在地球上某個地方的時候,我們就會感覺到我們是靜止的,但是實際上從絕對速度上來看的話,我們現在在宇宙中的速度是非常可怕的。

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明說汽車那些事


在一起我回答過類似的問題,今天再回答一次,你這個問題就好比,地球自轉你在地球上,問你和地球的速度是一樣的。咱們都知道地球在無時不刻的自轉,而我們生活在地球上,所以我們的速度和地球自轉速度是一樣的。再回到本題,蒼蠅密閉在車裡,車和蒼蠅的速度是一樣的(前提是蒼蠅不動,不考慮蒼蠅在車裡亂飛的情況),要想理解這個問題我們首先要看物體運動的定義:物體位置發生變化我們把這種現象叫運動。而物體位置變化不變化是相對而言的,要選擇參照物。就剛才的問題,蒼蠅密閉在車內,相對於車蒼蠅的位置沒有發生變化,我們就說蒼蠅相對於車是靜止的。而車相對於地面老說位置發生了變化,所以車是運動的,而車速和蒼蠅相對靜止所以他倆速度一樣。我希望我表達的還算清楚。


指引者2019


對於地面的人觀測看,蒼蠅的瞬時速度,等於車輛瞬時速度和蒼蠅與車輛相對速度的矢量和。這個無需解釋,無論車裡有沒有空氣都一樣的。

只是如果車裡是真空,蒼蠅也飛不起來,還是會形成蒼蠅與車相對速度為零,即一樣的速度。有空氣,蒼蠅還能具有“自由意志”般的飛行。


探索貓


可以簡單理解,車子關著窗在開,把裡邊的空氣也關起來,這時空氣對於汽車是靜止的,蒼蠅在車裡飛,是因為蒼蠅在車裡的空氣裡飛,空氣在哪蒼蠅就在哪,空氣在車裡,蒼蠅就在車裡,如開窗了,空氣跑出了窗外,蒼蠅也就飛出了車外


湯果日記


慣性使然。按照通俗點的話講就是,任何物體都有保持原有運動狀態不改變的性質,直到有外力促使它改變為止。蒼蠅也是一個物體,在車廂內它保持原有的運動狀態不改變。假如打開汽車的幾個車窗,空氣的對流會使蒼蠅瞬間改變原來的運動狀態,這是外力作用的結果。


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