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飞机在一台巨大的跑步机上能否起飞?附本人思考过程,欢迎水友们挑错。
回复15条
题目中并没有外部环境的描述,很显然外部环境并不能使飞机起飞,比如来个超级大的风吧飞机吹上天。
看飞机起飞的条件,这架飞机也不是垂直起降的飞机,只是普通喷气式飞机,那么和我们正常理解的飞机起飞就差不多了。
正常飞机起跑到起飞,飞机要求达到某个速度,和上楼说的是一样的,其实就是速度达到一定值机翼上下的压强差使飞机飞起来。
然后来看飞机加跑步机组合这个系统,根据题目中的条件,喷气式飞机你喷气提供的动力和直接发动机带动轮胎提供的动力目的是一样的,都是提供向前的动力(我不太了解飞机助跑的时他的动力构成,简单理解为拥有2个动力源。),起飞前必须依靠起落架支撑飞机轮胎向前滚动,让飞机达到相对空气某个速度才能有足够的压强差使飞机飞起来。
轮胎滚动这个向前的参照现在是跑步机的跑道的点,但是相对系统外地面或者其他静止参照物,确是没有向前,所以达不到这个速度阈值。因为跑道向后的速度抵消了飞机向前的速度,甚至可以理解为上面的齿轮带动了下面的齿轮动模型而已,而这套系统相对与系统外的参照物却没有出现位移。
这个其实可以画个坐标图来看就明白,XY轴,画两套吧,系统内和系统与外参照物。
题目比较干扰认的就是“喷气式”,这其实和飞机能不能飞起来没太大关系,就是再给飞机安装上火箭发动机也一样,飞机初始状态依然是在轮子跑道上,而不是悬停在空中已经飞起来了。
这个题目可以这么转换:把飞机架起来,使起落架悬空,然后让起落架上轮子转起来,让轮子转速达到起飞速度,请问飞机能不能起飞?(千万别开喷气发动机,飞机会砸地上的,哈哈,因为飞机初始状态相对空气这种时刻在动的流体初始状态也是非常低的相对速度,我不认为喷气式发动机能瞬间提供那么大动力,否则航空母舰根本就不要弹射,直接打开喷气发动机在船舷丢下去就行了。)
起落架轴承按题设是无限光滑
那跑步机假设光速,会发生什么?
起落架轮子也光速旋转…因为轴承无限光滑,导致摩擦力不能从轴承传导到飞机上,飞机原地不动,即便发动机不开机
换言之,跑步机啥用都没有…
顺便即便轴承不是无限光滑,记住它的摩擦力不是无限,且轮子越快越小,飞机那么大推力必然导致打滑就行了…
真的要不起飞反而得让轮子、轴承和跑步机完全不动,形成静摩擦力无限大的刚体,然后跑步机直接和发动机推力进行对抗…
地面与空气相对静止是脑补,是脱离了题干的。当然,这个不重要,我们也可以把它放过。
而题干中“跑步机向后的速度永远等于飞机起落架轮胎的转速”也是一个不完善的描述,哪怕把跑步机向后脑补为跑步带向后, 但轮胎转速是角速度,跟一个线速度相等怎么都等不了。
如果要把这个描述给绝对化,脑补完全,那么下一个陷阱也要出来了,就是起落架轮轴承绝对润滑。
这个条件,可以完全等同于起落架轮胎与飞机之间是绝对光滑表面,不会产生摩擦力。 那么,轮胎的转动,轮胎外侧的运动速度,虽然被跑步机跑步带的运动速度完全锁死, 但是因为轮胎与飞机之间绝对光滑,所以它们两者并不是锁死关系。
至于物理上怎么能让轮胎质心与飞机质心之间发生相对位移,抱歉,我以为我们要假定之前那些都必须成立的同时,就已经认为这个也是必须成立的了。
我总不能先让一些不能出现的情况绝对出现,然后用实际不能出现的理由去否定 假设了一定要出现的事情的推导结果不是?
所以,即便假定地面与空气相对静止,也限定飞机轮胎外侧与地面相对静止,那也出现不了飞机与空气相对静止的情况,因为飞机与飞机轮胎也必然要有相对速度,飞机还是会飞起来。
问题的核心就是,有人认为根据题干可以得出 飞机相对地面(空气)静止,但其实仅从题干出发并不足以得出这个结论。
想让这个结论成立,需要其他会产生逻辑冲突的假定去弥补。
如果不好理解的话,我们可以把上边的所有假定都变化一下形式,
让“跑步机速度与转速永远相等”那个假定完全等于“起落架轮胎外侧与地面永远相对静止”
剩下的补充条件等同于“起落架及轮胎不会磨损不会损坏”
但是,喷气式发动机在水平上产生的推力是存在的,同时平面上能给重力固定的物体提供的摩擦阻力也是有上限的,所以根据水平方向受力分析,飞机还是会获得一个向前的加速度,也就必然产生问题。
那么题干与这个受力分析之间的矛盾在哪儿呢?实际上就是假定“起落架轮胎外侧与地面永远相对静止”时,等于让地面给飞机提供的水平方向摩擦阻力会永远等于发动机推力了。
可是,如果假定这个限定必须成立,又限定起落架足够结实, 但水平方向还是有发动机推力, 那么让这几个条件同时满足后的必然结果就是, 起落架不坏,但是起落架与飞机机体连接的那部分的飞机机体会损坏。
因为起落架可以永不磨损永不损坏,但是飞机机体的结构强度不足以承受喷气式发动机的强大推力。
都最后还是暴力结局了暴力……
如果如你所说机翼是相对于空气静止的,那么你将可以安全地站在地面试车的飞机前方。然而事实上是即使是试车中的飞机,其前后依然有强烈的空气流动。站在试车中的飞机前后是很危险的。