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宇宙没有空气,飞船如何得到反作用力飞行?

卜仆的回答

这个问题曾上演了一次新闻史上的最大“打脸”。

我们都知道力和反作用力:比如汽车往前走,路面的给它一个反作用力,使其向前;飞机的喷气式发动机,依靠空气的反作用力向前推进。那么,火箭后面也是喷火的,可是太空是真空的,是依靠什么给它反作用力向前推进呢?

100多年前,《纽约时报》就提出了同样的问题。背景是这样的:

1920年,火箭科学家罗伯特·戈达德发表了一篇标题为《到达极端高度的一种方法》(A Method of Reaching Extreme Altitudes)的经典论文[1],假想我们可以如何使用火箭燃料将飞船发射到太空,甚至可能一路到达月球。但他的想法不仅没有得到热烈欢迎,反而遭到了媒体的群嘲。

其中,《纽约时报》在同年的社论里指出,火箭不能在真空中工作,因为没有什么可以推动它,并用如下文字狠狠地污蔑了戈达德教授一把。

That Professor Goddard with his 'chair' in Clark College and the countenancing of the Smithsonian Institution, does not know the relation of action to reaction, and of the need to something better than a vacuum against which to react—to say that would be absurd. Of course he only seems to lack the knowledge ladled out daily in high schools.

(译:戈达德教授有着在克拉克学院的“教席”和史密森学会的支持,却不知道作用与反作用的关系,也不知道需要有比真空更好的东西来产生反作用——这是荒谬的。当然,他似乎只是缺少在高中里每天都会传授的知识。)

不过,49年后的1969年7月16日,阿波罗11号成功飞向太空并完成了登月壮举,证明了戈达德教授的“清白”。《纽约时报》也是反应“迅速”,在翌日就发表了订正,称:

Further investigation and experimentation have confirmed the findings of Isaac Newton in the 17th Century and it is now definitely established a rocket can function in a vacuum as well as in an atmosphere. The Times regrets the error.

(译:进一步的调查和实验证实了艾萨克·牛顿在17世纪的发现,现在已经确认火箭可以在真空和大气中工作。《纽约时报》对这个错误感到遗憾。)

只可惜那时戈达德教授早已去世,无法看到这个晚了近50年的道歉。

《纽约时报》在1920年发表的社论(左)和1969年进行的订正(右)

好了,我们重新回到问题。那,既然宇宙是真空的,火箭靠什么飞行呢?

答案很简单,就是下面这个大家都学习过的公式:

Mv=mV

没错,动量守恒。

一架具有很大质量 M 的火箭用极大的速度 V 喷射出质量为 m 的物质后,自身就能获得一个很小的速度 v 。就是这样,我也想多写一些,但真的没有别的了。

所以只要不断地排出物质,火箭就能一直加速。火箭的推进在本质上与枪的反冲是一回事:不需要任何作反推的空气。

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