上海交通大学：《物理异想》课程教学资源（论文资料）飛屋環遊的可行性分析

學號：5110729015 姓名：曾雨城 飛屋環遊的可行性分析 2009年9月，電影《飛屋歷險記》上映，反響熱烈，讓人們不禁想到，在現實生活中我 們可不可以像片中的老人卡爾乘坐飛屋環遊世界有沒有可能製造出一個通過氣球升力來飛 行的飛屋？ 首先，我們來分析一下電影中的飛屋是否可能。 左圖來自電影《飛屋歷險記》 參考圖中房屋结構，我們能夠發現不少明顯的問題· 其一由於地心引力的關像我們在現實生活中考慮氣體分布時需要考慮到氣體勢能。 即採用Boltma分佈律来分析氣髓因此可以得到這樣一個式子P=Be号z為高度， 從式中可以知道隨著高度的升高·大氣壓強會减少。同時隨著高度增加，溫度會降低，還會 遇到風雨雷電等情况·若屋子成功起飛，隨著飛行高度的增加·氣壓·溫度、氣球的内外壓 強差·天氣條件等種種變化對氣球的強度有著很高的要求，而片中所採用的氣球應該是普通 的乳膠氣球，不夠堅固，在高空中極有可能爆裂。 其二：圖中所有的氣球是連接到煙囪頂的，眾所周知，用繩子拉起物體，力的作用線 應該是過其重心的圖中的屋子幾乎是完全水準這意味著屋子的重心是在煙囪的正下方的。 這在現實中不太可能。 其三：飛屋的力學結構很有問題。普通的屋子是從地基開始向上搭建的，屋子的重力 由有地基·承重牆等承擔。在影片的開頭·屋子因為氣球的升力而拔離地基·這首先就不太 可能·忽略這個問题，飛行中的飛屋是越上部分承受的力量越大，這違背了房屋原本設計的 承重結構。現實中的房屋在這種情况下很難保證其結構的完整性。 其四：隨著高度的上升·溫度會降低·氧氣密度會下降。所以·在沒有防護措施的情 况下，如果飛得較高，老爺爺卡爾與小男孩小羅的生命會很難維持。 其五：電影中卡爾以窗簾為帆在空中控制航向，這種控制方法很難實現並且精度很低 的，老人通過這種方法成功的到達目的地是不現實的。 如此看來，向影片中那樣的飛屋在生活中是難以實現的。 那麼在生活中是否可以製造出一個較為科學、合理的通過氣球飛行的飛屋呢？ 在回答這個問題之前我們先要知道氣球是否能拉起一個屋子如果可以拉起又需要多 少氣球？ 我們不妨採用普通大小的氣球，並填入較為安全的氣體氦氣·氦氣的密度是

學號：5110729015 姓名：曾雨城 飛屋環遊的可行性分析 2009 年 9 月，電影《飛屋歷險記》上映，反響熱烈，讓人們不禁想到，在現實生活中我 們可不可以像片中的老人卡爾乘坐飛屋環遊世界，有沒有可能製造出一個通過氣球升力來飛 行的飛屋？ 首先，我們來分析一下電影中的飛屋是否可能。 參考圖中房屋結構，我們能夠發現不少明顯的問題。 其一：由於地心引力的關係，我們在現實生活中考慮氣體分佈時需要考慮到氣體勢能。 即採用 Boltzmann 分佈律來分析氣體，因此可以得到這樣一個式子 ，z 為高度， 從式中可以知道隨著高度的升高，大氣壓強會減少。同時隨著高度增加，溫度會降低，還會 遇到風雨雷電等情況。若屋子成功起飛，隨著飛行高度的增加，氣壓、溫度、氣球的內外壓 強差，天氣條件等種種變化對氣球的強度有著很高的要求，而片中所採用的氣球應該是普通 的乳膠氣球，不夠堅固，在高空中極有可能爆裂。 其二：圖中所有的氣球是連接到煙囪頂的，眾所周知，用繩子拉起物體，力的作用線 應該是過其重心的。圖中的屋子幾乎是完全水準。這意味著屋子的重心是在煙囪的正下方的。 這在現實中不太可能。 其三：飛屋的力學結構很有問題。普通的屋子是從地基開始向上搭建的，屋子的重力 由有地基、承重牆等承擔。在影片的開頭，屋子因為氣球的升力而拔離地基，這首先就不太 可能。忽略這個問題，飛行中的飛屋是越上部分承受的力量越大，這違背了房屋原本設計的 承重結構。現實中的房屋在這種情況下很難保證其結構的完整性。 其四：隨著高度的上升，溫度會降低，氧氣密度會下降。所以，在沒有防護措施的情 況下，如果飛得較高，老爺爺卡爾與小男孩小羅的生命會很難維持。 其五：電影中卡爾以窗簾為帆在空中控制航向，這種控制方法很難實現並且精度很低 的，老人通過這種方法成功的到達目的地是不現實的。 如此看來，向影片中那樣的飛屋在生活中是難以實現的。 那麼在生活中是否可以製造出一個較為科學、合理的通過氣球飛行的飛屋呢？ 在回答這個問題之前我們先要知道氣球是否能拉起一個屋子。如果可以拉起又需要多 少氣球？ 我們不妨採用普通大小的氣球，並填入較為安全的氣體氦氣。氦氣的密度是 左 圖 來 自 電 影 《 飛 屋 歷 險 記 》

p1=0.1786g/L。空氣的密度是p2=1.293g/L。一個12寸的氣球，充滿氣後大致看成是個直 徑32cm的球，其體積約為17升。氣球的品質大概為=1.5g。則1個氣球所能提供的升力 為F=(p2-p1)Vgmg約為170N,即每個氣球能拉起17g左右的物體。因此，從理論上來說 足夠多的氯球是能夠拉起房屋的只不過以這樣的氣球拉起一個1噸的物體大概要6萬個氣 球，這是個令人吃驚的敷量。 實際上，若是要在現實中製作一個飛屋，我們應該採用大而堅固的氣球，以防止氣球 破裂並提升單位體積氣球的升力我們需要堅固的绳索，並需要一個輕質而且力學結構特殊 的屋子。事實上，已經有人做出了這樣一個飛屋。下圖為美國《國家地理》的工作人員做出 的一個飛屋。 N878UP两 EXPERIMENTAL L 以 上 倒 來 自 網 易 新 聞 http://news.163.com/photoview/05RQ0001/13466.html#p=6UMQTS2R05RQ0001 這樣看來只要以科學的思維做出合理的設十飛屋環遊世界並不是夢想！

ρ1=0.1786g/L。空氣的密度是ρ2=1.293g/L。一個 12 寸的氣球，充滿氣後大致看成是個直 徑 32cm 的球，其體積約為 17 升。氣球的品質大概為 m=1.5g。則 1 個氣球所能提供的升力 為 F=(ρ2-ρ1)Vg-mg 約為 170N,即每個氣球能拉起 17g 左右的物體。因此，從理論上來說 足夠多的氣球是能夠拉起房屋的。只不過以這樣的氣球拉起一個 1 噸的物體大概要 6 萬個氣 球，這是個令人吃驚的數量。 實際上，若是要在現實中製作一個飛屋，我們應該採用大而堅固的氣球，以防止氣球 破裂並提升單位體積氣球的升力。我們需要堅固的繩索，並需要一個輕質而且力學結構特殊 的屋子。事實上，已經有人做出了這樣一個飛屋。下圖為美國《國家地理》的工作人員做出 的一個飛屋。 這樣看來只要以科學的思維做出合理的設計飛屋環遊世界並不是夢想！ 以 上 圖 片 來 自 網 易 新 聞 ： http://news.163.com/photoview/05RQ0001/13466.html#p=6UMQTS2R05RQ0001