郜賽楠　高麗

阻力在我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ?jiàn)。在地面運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)受到阻力，例如普通人騎自行車(chē)的速度是每小時(shí)10～20千米，感受到的空氣阻力比較小，大部分人都采用直著上半身的姿勢(shì)來(lái)騎行。而專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員的騎行速度達(dá)到了每小時(shí)40～60千米，為了降低空氣阻力，他們?cè)隍T行時(shí)一般采用身體前傾的騎行姿勢(shì)，以盡量減少身體與氣流的接觸面積。以每小時(shí)250～350千米的速度運(yùn)行的列車(chē)受到的空氣阻力就更大了，列車(chē)的車(chē)頭設(shè)計(jì)成子彈頭形就是為了最大限度地減小空氣阻力。

空間站在離地面約400千米的高空中運(yùn)行，那里的空氣非常稀薄，但不是真空。隨著距離海平面高度的增加，大氣密度會(huì)減小，假如海平面的大氣密度為1，那么當(dāng)高度升到100千米時(shí)，大氣密度是海平面上的萬(wàn)分之一；而當(dāng)高度升到300千米時(shí)，大氣密度就只有海平面的百億分之一了。你可別小看這么一點(diǎn)點(diǎn)特別稀薄的大氣，它依然會(huì)對(duì)空間站產(chǎn)生一定的阻礙作用。

接下來(lái)，讓我們一起用生活中常見(jiàn)的物體來(lái)探究一下物體所受阻力與介質(zhì)密度之間的關(guān)系吧。

實(shí)驗(yàn)材料

玩具小車(chē)、自制軌道、容器、水、番茄醬

操作步驟

1讓玩具小車(chē)沿著自制軌道滑下，讓其在無(wú)外力干擾的情況下停止，記錄其運(yùn)動(dòng)的路程。此時(shí)空氣阻力較小，玩具小車(chē)從斜面滑下，在平面上行進(jìn)了較長(zhǎng)的距離，直到接近容器邊緣。

2將自制軌道放入水中，讓玩具小車(chē)從自制軌道上滑下，任其在水中無(wú)外力干擾的情況下停止，記錄它運(yùn)動(dòng)的路程。注意它的起點(diǎn)高度要與步驟1的相同。玩具小車(chē)在水中運(yùn)動(dòng)受到的阻力比在空氣中的大，所以它從斜面滑下后，在平面中只運(yùn)動(dòng)到容器的中間部位。

3將自制軌道放入番茄醬中，讓玩具小車(chē)在與前兩次同等高度的自制軌道上自由滑下，待停止后記錄它運(yùn)動(dòng)的路程。玩具小車(chē)從斜面滑下，在番茄醬中受到的阻力較大，在平面上只運(yùn)動(dòng)了一點(diǎn)點(diǎn)距離。

知其然，知其所以然

生活中處處有物理。學(xué)會(huì)現(xiàn)象背后的科學(xué)知識(shí)才是關(guān)鍵。要解釋這些現(xiàn)象，我們需要先了解一些概念。

概念一點(diǎn)通

速度

速度表示物體運(yùn)動(dòng)的快慢程度，它是矢量，也就是說(shuō)它有大小，也有方向。速度的大小也稱(chēng)為速率，通常用v來(lái)表示，在數(shù)值上等于物體所走路程（S）與時(shí)間（t）之比，即v=s/t。

加速度

加速度表示速度隨時(shí)間的變化率，是描述物體速度變化快慢的物理量，通常用a來(lái)表示，在數(shù)值上等于速度變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值。加速度是矢量，加速度的方向與物體所受合力的方向相同。物體的加速度與速度方向相同時(shí)，物體就加速；加速度與速度方向相反時(shí)，物體就減速。

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的常見(jiàn)表述是物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，即對(duì)物體施加的作用力越大、物體的質(zhì)量越小，它的加速度越大。

空氣阻力

空氣阻力即空氣對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的阻礙力?？諝庾枇Φ拇笮∨c空氣密度、物體運(yùn)動(dòng)速度等因素有關(guān)，其大小可由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算得知。

原理揭秘

空氣的密度約為每立方米1.29千克，水的密度是每立方米1000千克，番茄醬的密度約為每立方米1290千克。

將玩具小車(chē)在空氣中的同一高度釋放，在三種不同的情況下，它獲得的初速度是一樣的。接下來(lái)，玩具小車(chē)的速度在空氣中、水中和番茄醬中分別降為0。我們可以發(fā)現(xiàn)，在這三個(gè)過(guò)程中，小車(chē)的速度變化量是一樣的，加速度與速度方向相反。

根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律及加速度的定義，在速度變化量相同的條件下，玩具小車(chē)受到的阻力更大時(shí)，其加速度就更大，其速度減為0所用的時(shí)間更短，所運(yùn)動(dòng)的路程也更短。比較玩具小車(chē)在空氣中、水中和番茄醬中速度減為0所運(yùn)動(dòng)的路程長(zhǎng)短，你就可以比較出不同密度的介質(zhì)對(duì)玩具小車(chē)的阻礙作用的大小。另外還需要注意，雖然水和番茄醬看似密度差不多，但是小車(chē)在番茄醬中受到的阻力比在水中受到的阻力大得多，這是因?yàn)橐后w黏稠度越大，阻力越大。

輕松答題

請(qǐng)判斷以下那些情況會(huì)使物體受到的阻力增大（ ）

A.汽車(chē)在公路上加速行駛。

B.跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中打開(kāi)降落傘。

C.小明同學(xué)將石頭從空中扔進(jìn)水中。

D.汽車(chē)、飛機(jī)等交通工具被設(shè)計(jì)成流線型。

知識(shí)拓展

在日常生活中，我們見(jiàn)過(guò)雨滴和冰雹。如果半徑大小相同的雨滴和冰雹從天空中同一高度下落，你猜誰(shuí)會(huì)先落地呢？雨滴是可變形的，它的表面是光滑的，下落時(shí)會(huì)因?yàn)榭諝庾枇ψ兂闪骶€型來(lái)減少阻力，而冰雹表面粗糙，阻力大且不會(huì)變形，因此在同一高度下半徑相同的雨滴和冰雹，是雨滴先落地?？諝庾枇Σ粌H與空氣的密度有關(guān)，還和物體的速度、物體與介質(zhì)的接觸面積等因素有關(guān)。

既然空氣阻力依然存在，為什么空間站一定要在400千米左右的高空中運(yùn)行呢？因?yàn)榈厍蛞酝庥幸粋€(gè)叫作輻射帶的區(qū)域，空間站的軌道如果太高的話，就會(huì)進(jìn)入輻射帶里，其中的輻射對(duì)航天員的身體會(huì)產(chǎn)生不良影響。若是降低軌道，空間站受到的空氣阻力增大，就會(huì)需要消耗更多燃料。因此選用400千米左右這個(gè)高度正合適。

著名科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾說(shuō)：“地球是人類(lèi)的搖籃，但是人類(lèi)不能永遠(yuǎn)生活在搖籃里?！笨臻g站的建立對(duì)于人類(lèi)探索宇宙有非凡的意義。國(guó)際空間站由于設(shè)備老化等問(wèn)題，將會(huì)在2024年左右退役，那時(shí)，中國(guó)空間站將成為唯一在軌運(yùn)行的空間站。人類(lèi)已經(jīng)清楚地意識(shí)到太空資源的重要性，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)空間站一定會(huì)成為我國(guó)蓬勃發(fā)展的強(qiáng)大助力。