黃才發(fā)

“祝融”探火，“天和”暢游星?！?月24日是“中國(guó)航天日”，中國(guó)航天踏上新征途。我國(guó)在軌工作的超過(guò)500顆各類(lèi)衛(wèi)星，都靠什么送入太空？

運(yùn)載火箭功不可沒(méi)?；鸺俏覈?guó)古代重大發(fā)明之一，早在宋代就發(fā)明了火箭?，F(xiàn)代火箭主要用來(lái)發(fā)射探測(cè)儀器、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等空間飛行器。2022年4月15日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功將中星6D衛(wèi)星發(fā)射升空。這次任務(wù)是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第415次飛行。

火箭是怎么升空的呢？火箭屬熱機(jī)的一種，工作時(shí)將燃料的化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化成火箭機(jī)械能。火箭和飛機(jī)都能飛上天空，但獲得升力的原理卻完全不同。異于飛機(jī)利用空氣動(dòng)力飛行，火箭是利用發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣獲得的反作用力起飛?；鸺龜y帶的燃料燃燒生成熾熱氣體，氣體通過(guò)火箭尾部尾噴管向后迅速?lài)姵?，后噴的燃?xì)馔瑫r(shí)對(duì)火箭產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)著火箭朝前飛，當(dāng)推力大于火箭自身重力時(shí)，火箭便升空了，這種運(yùn)動(dòng)叫作反沖。

反沖是靜止或運(yùn)動(dòng)的物體通過(guò)分離排除部分物質(zhì)，而使自身朝反方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。反沖運(yùn)動(dòng)中，物體受到的反沖作用通常叫作反沖力。反沖涉及牛頓第三定律：相互作用的兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。想想滑冰場(chǎng)上你推同伴，發(fā)現(xiàn)自己也會(huì)后退，這就是同伴給自己的反作用力。噴氣式飛機(jī)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高速氣流推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的。射擊時(shí)會(huì)有后坐力，這是子彈給槍的反作用力。小時(shí)候有一種煙花，俗稱(chēng)“鉆天猴”，點(diǎn)火后飛到空中然后爆炸，飛入空中的過(guò)程也是利用反沖。導(dǎo)彈也是通過(guò)噴射高溫高壓的燃?xì)鈦?lái)獲得巨大推進(jìn)力的。把氣球里的氣放出同時(shí)松開(kāi)手，氣體給氣球一個(gè)反沖力讓氣球反方向飛。

反沖的應(yīng)用歷史悠久。明朝的萬(wàn)戶(hù)就是世界上第一個(gè)嘗試?yán)梅礇_讓自己飛上天的人。他把47根火箭捆綁在座椅背后，把自己綁在座椅上，想借助火箭向前推動(dòng)的力量使自己飛天，不幸的是飛天過(guò)程中火箭爆炸了，萬(wàn)戶(hù)因此獻(xiàn)出了生命。為了紀(jì)念世界上第一個(gè)想利用火箭飛行的他，后人將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬(wàn)戶(hù)山”。公元1161年宋軍與金兵的“采石之戰(zhàn)”中使用的“霹靂炮”，就是一種利用反沖的火箭兵器。在中國(guó)民間廣為流行的能高飛的“火流星”也是利用反沖騰空的。

反沖原理在生活中有著重要的用途。除了前面所說(shuō)，在汽車(chē)行業(yè)運(yùn)用廣泛的空氣彈簧，是根據(jù)空氣被壓縮后產(chǎn)生的反沖力起到緩沖防震作用的，提高了座椅的柔軟性和舒適性，有效保護(hù)車(chē)上自身和運(yùn)輸?shù)木軆x器，降低了車(chē)輛對(duì)路面的沖擊，同時(shí)延長(zhǎng)路面的使用壽命。有時(shí)人們要減少反沖的影響。例如射擊時(shí)我們要用肩部抵住槍身，就是為了減少反沖的影響，提高射擊命中率。無(wú)后坐力炮的設(shè)計(jì)，就是充分利用反沖原理，減小后坐力影響，提高射擊精度的。

反沖運(yùn)動(dòng)和碰撞、爆炸有相似之處，相互作用力常為變力，且作用力大，一般都滿(mǎn)足內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，所以反沖過(guò)程往往遵循動(dòng)量守恒定律，即系統(tǒng)在內(nèi)力作用下，當(dāng)一部分向某一方向的動(dòng)量發(fā)生變化時(shí)，剩余部分沿相反方向的動(dòng)量發(fā)生同樣大小變化的現(xiàn)象。射擊產(chǎn)生后坐力的原因是膛底受到火藥氣體的壓力。無(wú)后坐力炮與常規(guī)大炮不同的是它的炮管不會(huì)后退，取而代之的是炮彈的一部分碎片：炮管本身就是一根通管，炮彈在發(fā)射時(shí)會(huì)變?yōu)閮刹糠?，彈頭部分從炮管前端射出攻擊目標(biāo)，剩下的部分以碎片的形式從炮管后部拋出（避免傷及射手），兩部分的動(dòng)量差不多，并且反向，即產(chǎn)生兩個(gè)反向的后坐力并且相互抵消，射手感到的后坐力就很小了，因而射擊精度也提高不少。

器材：

一次性紙杯、帶彎頭吸管、棉線、氣球、空礦泉水瓶、食用小蘇打、白醋、腳盆、筆芯、透明膠、羽毛球、剪刀。

[小實(shí)驗(yàn)1?]

反沖小船：

把2個(gè)空礦泉水瓶（含瓶口）約四分之一剪下，用透明膠粘在一起制成小船，氣球套上一個(gè)瓶口，從另一個(gè)瓶口把氣球吹大，捏住氣球口，把“小船”放入水中，松開(kāi)手，發(fā)現(xiàn)小船朝噴氣的反方向前進(jìn)。

[小實(shí)驗(yàn)2 ]

旋轉(zhuǎn)灌溉：

用筆芯尖在一次性紙杯底部正對(duì)方向開(kāi)兩個(gè)小孔，把兩根吸管不帶彎頭端用剪刀剪成尖端插入小孔中，紙杯上方杯口處正對(duì)方向也開(kāi)兩個(gè)小孔，穿入棉線提在手上。往紙杯中加滿(mǎn)水，注意到隨著水流從吸管?chē)姵?，吸管紙杯也持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

[小實(shí)驗(yàn)3]

水火箭：

往空礦泉水瓶注入約五分之一白醋，單層紙包裹著小蘇打放入瓶口中，用羽毛球頭堵住瓶口，倒置過(guò)來(lái)，發(fā)現(xiàn)瓶中產(chǎn)生大量氣體，隨著氣體沖開(kāi)羽毛球，獲得反沖的礦泉水瓶沖上天空。（本實(shí)驗(yàn)須在室外空曠處進(jìn)行，注意安全）