飛機通過"倒U型"飛行實現失重的原理是什麼? | 知乎問答精選

 

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飛機通過"倒U型"飛行實現失重的原理是什麼?

2017年06月04日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 45 ℃ 次

根據和菜頭的回答:需要多大的速度?大概可以獲得多長時間的失重?這個時間是不是固定的?公式?

【楊楓的回答(8票)】:

應該是拋物線型吧。此時飛機不提供動力,依靠剩餘速度爬升、下降,此時飛機只受重力作用,因此飛機內部不是慣性系。但根據牛頓第二運動定律,該飛機內部可以看做一個引入慣性力的慣性系,慣性力加速度的方向是與飛機的加速度(也就是重力加速度)方向相反、大小相等。於是飛機中的人就會受到慣性力和重力作用,這兩個力大小相反,方向相等,於是就相互抵消。因此就會感到失重。

失重飛機工作過程的簡單介紹:baike.baidu.com/view

其中第3條:3.失重飛行段:當飛機飛到一定距離時,飛行員同時連續地操作操縱桿和油門桿,使飛機飛出一個拋物線形狀的特技飛行,它的上升段相當於物體的垂直上拋運動,下降段相當於物體的自由落體運動,加速或減速運動的慣性力恰好與重力抵消,使飛機處於失重狀態;

【Linus Wang的回答(4票)】:

1. 沒有支持力就會失重

對於重力的感覺來自於支持力,包括椅子對我們的支持力,也是每一塊肌肉感覺到的支持力(可以把整個人想像成一個有自重的彈簧)。關閉引擎的瞬間,我們受到的力只有重力,這個力使我們向下加速(或者向上減速),我們卻感覺不到任何支持力,因此飛機開始失重。

因此不管飛機飛行狀態如何,只要關閉引擎,水平飛行的速度又沒有產生向上的升力,我們就開始進入完全失重的狀態。(如果飛機機翼還感受到一定的升力,就是部分失重。)

2. 倒U型的操作方法和計算:

倒U型,也就是∩型,相當於上拋運動,理想情況是飛機垂直向上飛,達到一定速度以後關閉引擎,此時開始失重,飛機自由上拋向上減速,到達頂端以後自由落體向下加速,回到關閉引擎的水平位置時飛機重新開啟引擎,失重感消失。整個∩型的過程中都是失重的,失重時間等於t=2v/g,其中v為垂直向上的速度,g為重力加速度9.8m/s^2。比如你向上的速度是294m/s,可以失重60s。

回到關閉引擎位置的時候我們還會再往下掉一段距離,這段距離是超重的,飛機保持引擎的話會以U型掉到最低點以後往上飛,飛到原來的水平位置時飛機再關閉引擎,又進入失重狀態。 假定飛機有一點點向右→的速度,那麼整個飛行狀態如下:

∩ ?∩ ?∩ ?∩ ? ? ?失重

? U ? U ?U ? U ? 超重

飛機的飛行軌跡沿著U∩的線條,這兩行的分隔線就是飛機關閉和開啟引擎的位置。

當然現實中比較難實現垂直上飛,如果以45°角斜向上飛的話,把上圖的U和∩中的改成Λ和ˇ就可以了。失重時可以考慮調整機翼的形狀,最小化飛機水平速度產生的升力。

Λ ? ?Λ ? ?Λ ??Λ ?失重

? ?ˇ ? ˇ ? ˇ ? ˇ 超重

但是實際上的飛行軌跡還是拋物線,因為水平速度可以看成是勻速,豎直是加速度為g的加速運動。拋物線比較難畫,⌒~……,意會一下就好吧?

水平速度對失重時間沒有貢獻,因此對於相同的失重時間,飛機的總速度需要原來的1/cos45°=√ 2 ≒1.4142 倍。失重時間 t ≒ 1.4142 v/g ,v為斜向上飛的飛機總速度。假如飛機斜向上的速度為294m/s,每次可以失重的時間約為42.5秒。

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個人看法,用的是初中還是高中的牛頓力學。

【史永宏的回答(1票)】:

失重?發動機關了往下掉就失重了,跟你在電梯裡,電梯往下掉一樣。加速度等價於均勻引力場,跟你速度基本沒關係,所以可能朝上飛可能朝下飛,如果一開始朝上,再有點水平速度的話,相當於你朝天上扔了塊石頭的樣子,畫個拋物線。反正只要發動機關了就失重了。忘了,還得把翅膀收起來,或者把飛機立起來也行

【韓嶺的回答(0票)】:

就是離心力和地心引力抵消吧

圓周運動的離心力=質量*速度的平方/半徑

初中物理

【和菜頭的回答(2票)】:

飛機以45度仰角急速拉升,然後進入平飛,然後再以45度傾角下降。這大概就是你所說的「倒U型」飛行。

在上升階段,飛機垂直加速度高於重力加速度。改為平飛時,乘客依然有垂直向上的加速度,如果剛好可以和重力加速地反向等數值,那麼就進入了失重狀態。#這個解釋是錯誤的#

平飛階段,人只受到重力加速度作用,進入失重狀態。

標籤:-科學探索 -物理學 -理論物理 -物理科普 -唯象理論 -模擬電路 -楊楓


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