Question

空中飞行的交通工具

Answer 1

飞机和火箭 交通工具的进步亦让我们到达很多以前未曾到过的地方。回想在二十世纪初，人类才能首次成功驾驶飞机升空，现在珍宝喷射机已能把我们带到世界各地，而让我们探索太空的火箭亦在这几十年间发展起来。你有没有想过飞机是如何飞行的？火箭又是怎样运作的呢？ 图 11 飞机怎能飞行？ 图 12 火箭把我们带到太空 飞机怎样运作？ 图 13 作用在飞行中的飞机的力 图 14 经过机翼的空气在机翼的不同位置有不同的速度，这形成压力的差别，产生了一个向上的净力 (升力) 要了解飞机怎样运作，请看图 13 所示作用在飞机上的力。飞机引擎产生的推力令飞机向前运动；重量是地球作用在飞机的重力；飞机在空气中运动时，会产生一个向上的力把飞机升起，这个力称为升力；阻力则来自空气，是阻碍飞机运动的力。 飞机可以飞行，是因为它在空气中运动时产生向上的升力。升力主要来自机翼在空气中的运动，当升力平衡了飞机的重量，飞机便可以在空中飞行。 机翼怎样产生升力？图 14 是普通机翼的横切面。通常，机翼的上下部份形状并不对称，而且，机翼可能在飞行时倾斜，与水平面形成一个细小的角度。当飞机向前运动时，空气流经机翼的顶部和底部时有不同的速度。根据流体力学，空气作用在机翼上不同地方的压强与空气的速度有关。计算结果表明，机翼的特别形状和倾斜的角度造成机翼底部的气压比顶部高，导致一个向上的净力，这就是升力。 阻力基本上是由空气阻力所引起的。根据牛顿第一定律，飞机引擎所产生的推力必定要和阻力互相抵消，才能让飞机保持匀速运动。在一个长途旅程中，飞机产生的能量主要用于对抗阻力。 火箭怎样运作？ 图 15 当火箭发射，施加在高温气体和火箭的力是一对作用力和反作用力 你也许在电视中看过火箭发射的过程。当火箭发射时，燃烧的气体由火箭喷出。事实上，火箭之所以能向上运动，主要是基于牛顿第三运动定律。这定律指出 每个作用力同时产生一个大小相等但方向相反的反作用力 根据牛顿第三运动定律，当高温气体在火箭底部的喷嘴以高速喷出时，一个方向相反的力必定作用于火箭上，把火箭向上推。高温气体喷出时所承受的力，和火箭所承受的推力，称为作用力和反作用力对。 我们还可以利用动量守恒定律解释火箭的升空运动。发射前，火箭 (加上燃料) 都是静止的，因此总动量为零。当燃料燃烧时，高温气体以高速从火箭喷出来，具有向下的动量。根据动量守恒定律，火箭应该得到一个量值相同、但方向相反 (向上) 的动量，使气体和火箭的总动量保持为零。因此火箭不断喷出高温气体时，它向上运动的速度便不断增加。 交通工具的形状和能源效益的关系 图 16 和谐式客机设计成流线型以减少空气的阻力 你有否注意到火箭、飞机和磁浮火车的形状全都是幼长、前端是尖或是倾斜的？这些交通工具设计成这类形状，目的是减少它们在高速运动时承受的空气阻力。当速率增加时，空气阻力的影响便变得越来越大。科学家发现在一个特定的速率范围内，物体所受的空气阻力为 这里 Cd 称为阻力系数，只决定于物体的几何形状， r 是空气密度，A 是和物体切面面积有关的参考面积，v 是物体的速率。一般来说，形状幼长、前端是尖或是倾斜的物体有较低的阻力系数。这是高速火车和飞机设计成这类形状的原因。物体运动时所受的阻力较小，代表使保持物体向前运动所需作的功亦较小，因此可以节省能量。
参考: -phy/energy/trport/print/tr_phy_print_c
en. *** /wiki/Aircrafts zh. *** /wiki/%E8%88%AA%E7%A9%BA%E5%99%A8