太空里没有空气来提供反作用力，宇宙飞船前进的动力从何而来？
使用火箭发动机的宇宙飞船不需要借助空气的反作用力，其前进的动力，就是来自它们的火箭发动机喷出气体时所产生的反冲力，而这种力的产生原理其实是动量守恒定律。
所谓动量守恒定律，是指在一个系统在不受外力作用或者所受外力的矢量之和为零的情况下，其总动量始终保持不变。
根据动量守恒定律可以得出，在一个静止的系统因为内力而分裂成了两部分的情况下，如果其中的一部分向某个方向运动，那么另一部分就会因为动量守恒而具备一个与其等大但方向相反的动量，由于动量的方向与速度相同，因此这一部分就必然会向相反的方向运动（注：内力可理解为系统内部的相互作用）。
为了说明这一点，我们不妨来做一个思想实验，假设你拿起一个篮球，然后穿着溜冰鞋站在光滑的冰面上静止不动，此时你和篮球可以认为是一个系统，并且在这个系统中，你的动量和篮球的动量矢量之和（即总动量）为零。
在此之后，如果你用力将手上的篮球向前方扔出，那么在篮球与你即将分离的瞬间，篮球的动量（p1）就等于它的质量（m1）与它在此时的速度（v1）的乘积，即“p1 = m1 x v1”，与此同时，你的动量（p2）就等于你的质量（m2）与你在此时的速度（v2）的乘积，即“p2 = m2 x v2”。
在篮球与你即将分离的瞬间，你和篮球仍然是一个系统，所以你的动量和篮球的动量的矢量之和仍然为零（动量守恒），即“p1 = -p2”，也就是说，此时你的速度（v2）就等于“-（m1 x v1）/m2”。
需要注意的是，这里的负号表示的是“v2”和“v1”的矢量方向相反，而这也就意味着，当你将篮球向前方扔出去之后，你就会向相反的方向，也就是向后退行，扔出去的篮球速度越快，你退行的速度也就越快。
这种“系统通过分离出一部分，并使另一部分向相反方向运动”的现象，就被称为反冲运动，在此过程中产生的反冲作用就被称为反冲力。
除了火箭发动机之外，宇宙飞船还可以采用电推进系统在太空里前进，比如说离子推进器，其工作原理就是先将工质电离成带电粒子，然后再通过强电场产生的洛伦兹力将带电粒子以极高的速度喷出，从而获得反冲力。
可以看到，火箭发动机和电推进系统的基本原理其实都差不多，不同的只不过是它们喷出的物质不一样，所以我们只需要将上述思想实验中的“你”换成宇宙飞船，再将“篮球”换成是宇宙飞船的发动机喷出的物质，就可以清楚地知道宇宙飞船前进的动力从何而来了。
值得一提的是，宇宙飞船还可以使用“太阳帆”来作为推进系统，“太阳帆”可以被认为是一种“无工质发动机”，其基本原理就是利用太阳光的“光压”来作为动力。
总而言之，不管是火箭发动机还是电推进系统，又或者是“太阳帆”，其动力都不是空气提供的反作用力，所以宇宙飞船能够在没有空气的太空里前进，也就不足为奇了。
林赛斯（上海）科学仪器有限公司
2023-06-12 广告
