上海交通大学：《物理异想》课程教学资源（论文资料）飛的異想

飛的異想 電子信息與電氣工程學院蘇鑫5110309631 最近又重溫了一遍《愛麗絲萝遊仙境》，冷色調的童話。蒂姆·波頓詭譎 而獨特的導演風格，實在是好萊塢中的一朵奇葩。畫面，色調，角色造型，場 景安排，總是那麼容易地就深入人心。 電影里有一個一直在打醬油，但又是特别和不可或缺的角色：會飛的笑面 貓。每次當他幽靈般出現的時候，往往是一個情節的轉折點。它漂浮在空中， 自在的飛動，這樣不受拘束或許是很多人的萝中場景吧。 人類渴盼飛行是由來己久了，西方巫師的掃帚，東方莊子也羡慕大鵬的翱 翔。雖然曾一度被公認比空氣重的物體飛不起來，但是還是又無數狂人為之嘗 試，甚至付出生命的代價。自萊特兄弟發明飛機之後，人類在飛行的道路上越 走越遠。固定翼飛機，直升飛機，熱氣球，火箭，宇宙飛船… 雖然，它們都帶領人們飛向了人體不能企及的高度，幫助人類從一個嶄新 的高度的審視我們的世界，可是他們的原理卻各不相同，充分體現了作為人， 最特别的想像力。 我們最為熟悉的飛機，簡單說就是利用機翼上下壓強差產生升力。正是從 鳥類身上獲得的靈感帶領人類第一次“脫離了地心引力”，從此向空天進軍。 機翼上錶面的空氣流速快，產生的壓強小，而下表面流速慢，壓強大。大自然 進化了長時間的飛行秘密被人類生動的拿來使用了。 直升飛機則是利用反作用力。當螺旋槳飛快旋轉時，它獲得了空氣給予的 升力。這一個你想想自家的電風扇就可以理解。當你感覺到有風的時候，是不 是電風扇也受到了一個向上的力呢？小時候玩的竹蜻蜓，大致地，也是這個道 理。 熱氣球通過加熱自身，使得體積膨脹，密度减小，在空氣的浮力的托舉下 遠走高飛。這一點很像水中的魚，而《愛麗絲萝遊仙境》里的貓，大概也是只 有這種飛行方式才勉強說得過去吧。不過電影嘛，不必深究，電影要是太拘泥 估計就沒什麼觀眾了吧。作者表示乘熱氣球去環遊世界是一件多么浪漫的事情 啊！ 火箭利用了動量守恆的原理，當火箭向後噴出氣體，火箭就相應地就要產 生一個向上的升力。打個比方，假如你在一個離岸不遠的小船上，但是小船沒 有了動力。很修地，你又完全不會游泳，隻身一人被困在了船上。風平浪靜， 唯一的工具就是船上堆積成山的石塊，你該怎麼回到岸上呢？方法就是向與岸 相反的方向投擲石塊，然後小船就會向岸邊靠攏。火箭正式這樣，不過它向後

飛的異想 電子信息與電氣工程學院 蘇鑫 5110309631 最近又重溫了一遍《愛麗絲夢遊仙境》，冷色調的童話。蒂姆·波頓詭譎 而獨特的導演風格，實在是好萊塢中的一朵奇葩。畫面，色調，角色造型，場 景安排，總是那麼容易地就深入人心。 電影里有一個一直在打醬油，但又是特別和不可或缺的角色：會飛的笑面 貓。每次當他幽靈般出現的時候，往往是一個情節的轉折點。它漂浮在空中， 自在的飛動，這樣不受拘束或許是很多人的夢中場景吧。 人類渴盼飛行是由來已久了，西方巫師的掃帚，東方莊子也羡慕大鵬的翱 翔。雖然曾一度被公認比空氣重的物體飛不起來，但是還是又無數狂人為之嘗 試，甚至付出生命的代價。自萊特兄弟發明飛機之後，人類在飛行的道路上越 走越遠。固定翼飛機，直升飛機，熱氣球，火箭，宇宙飛船…… 雖然，它們都帶領人們飛向了人體不能企及的高度，幫助人類從一個嶄新 的高度的審視我們的世界，可是他們的原理卻各不相同，充分體現了作為人， 最特別的想像力。 我們最為熟悉的飛機，簡單說就是利用機翼上下壓強差產生升力。正是從 鳥類身上獲得的靈感帶領人類第一次“脫離了地心引力”，從此向空天進軍。 機翼上錶面的空氣流速快，產生的壓強小，而下表面流速慢，壓強大。大自然 進化了長時間的飛行秘密被人類生動的拿來使用了。 直升飛機則是利用反作用力。當螺旋槳飛快旋轉時，它獲得了空氣給予的 升力。這一個你想想自家的電風扇就可以理解。當你感覺到有風的時候，是不 是電風扇也受到了一個向上的力呢？小時候玩的竹蜻蜓，大致地，也是這個道 理。 熱氣球通過加熱自身，使得體積膨脹，密度減小，在空氣的浮力的托舉下 遠走高飛。這一點很像水中的魚，而《愛麗絲夢遊仙境》里的貓，大概也是只 有這種飛行方式才勉強說得過去吧。不過電影嘛，不必深究，電影要是太拘泥 估計就沒什麼觀眾了吧。作者表示乘熱氣球去環遊世界是一件多么浪漫的事情 啊! 火箭利用了動量守恆的原理，當火箭向後噴出氣體，火箭就相應地就要產 生一個向上的升力。打個比方，假如你在一個離岸不遠的小船上，但是小船沒 有了動力。很慘地，你又完全不會游泳，隻身一人被困在了船上。風平浪靜， 唯一的工具就是船上堆積成山的石塊，你該怎麼回到岸上呢？方法就是向與岸 相反的方向投擲石塊，然後小船就會向岸邊靠攏。火箭正式這樣，不過它向後

吐氣體的速度可比你投擲石塊快多了。 宇宙飛船在軌道上時其實是不需要動力的。它此時已經是處於高速轉動中 的失重状態了，就和月亮是一樣一樣的。假如忽略阻力作用，也不需要調整姿 態和軌道，那麼它可以永遠這麼無動力地運動下去。不過，當它需要調整軌道， 或者調整姿態面朝太陽（大多數宇宙飛行器會用太陽能供電）的時候，原理就 和火箭是相似的了。 人類飛行的高度己經越來越高。事實上，當我們身處宇宙的這個角度觀察 的時候，高度這個詞已經失去了意義。如今，人類，正在飛的越來越遠。但是， 現今的速度完全不能夠讓我們飛到我們理想的距離去。即使以光速飛行，飛到 離我們最近的恒星半人馬座比鄰星要4.22年！而達到光速又是一個難題。總 之，現在的技術還不足以讓我們飛到那麼遠。 可是人類的想像力的翅膀早就超出了這個限制，向著更廣表的宇宙蔓延。 在科幻電影里，我們己經可以超光速的飛行，我們已經可以到達那些神秘的， 不斷吸引我們好奇心的星球上去。我們已經可以再時空里任意穿梭。 那麼，技術上，下一個飛行器將是如何，下一站會是哪裡？我們一直沒有 停止追問和回答

吐氣體的速度可比你投擲石塊快多了。 宇宙飛船在軌道上時其實是不需要動力的。它此時已經是處於高速轉動中 的失重狀態了，就和月亮是一樣一樣的。假如忽略阻力作用，也不需要調整姿 態和軌道，那麼它可以永遠這麼無動力地運動下去。不過，當它需要調整軌道， 或者調整姿態面朝太陽（大多數宇宙飛行器會用太陽能供電）的時候，原理就 和火箭是相似的了。 人類飛行的高度已經越來越高。事實上，當我們身處宇宙的這個角度觀察 的時候，高度這個詞已經失去了意義。如今，人類，正在飛的越來越遠。但是， 現今的速度完全不能夠讓我們飛到我們理想的距離去。即使以光速飛行，飛到 離我們最近的恒星半人馬座比鄰星要 4.22 年！而達到光速又是一個難題。總 之，現在的技術還不足以讓我們飛到那麼遠。 可是人類的想像力的翅膀早就超出了這個限制，向著更廣袤的宇宙蔓延。 在科幻電影里，我們已經可以超光速的飛行，我們已經可以到達那些神秘的， 不斷吸引我們好奇心的星球上去。我們已經可以再時空里任意穿梭。 那麼，技術上，下一個飛行器將是如何，下一站會是哪裡？我們一直沒有 停止追問和回答