牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律告訴我們，力的作用是相互的，如果一個(gè)物體給另一個(gè)物體施加了一個(gè)力，那么受力的物體也會(huì)給施力的物體施加一個(gè)反作用力，這兩個(gè)力同時(shí)產(chǎn)生又同時(shí)消失，其大小相等、方向相反，并且總是作用在同一條直線上。
在日常生活中，作用力和反作用力可謂是隨處可見(jiàn)，比如說(shuō)當(dāng)我們?cè)谛凶邥r(shí)，其實(shí)就是我們通過(guò)腳給地面施加了作用力，然后利用地面提供的反作用力來(lái)前進(jìn)，又比如說(shuō)當(dāng)我們?cè)谒蟿澊瑫r(shí)，其實(shí)就是我們通過(guò)船槳給水施加了作用力，然后利用水提供的反作用力前進(jìn)。
按照這樣的思路，我們會(huì)自然而然地認(rèn)為，當(dāng)飛機(jī)在天空中飛行的時(shí)候，應(yīng)該就是飛機(jī)給空氣施加了作用力，然后再利用空氣提供的反作用力前進(jìn)，于是我們就有了一個(gè)問(wèn)題：太空里沒(méi)有空氣來(lái)提供反作用力，宇宙飛船是怎樣被推進(jìn)的？前進(jìn)的動(dòng)力從何而來(lái)呢？
首先要講的是，有些飛機(jī)確實(shí)是需要借助空氣的反作用力來(lái)前進(jìn)的，比如說(shuō)使用螺旋槳的飛機(jī)，但有些飛機(jī)卻不需要借助空氣的反作用力，比如說(shuō)噴氣式飛機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力，就是來(lái)自它們的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴出氣體時(shí)所產(chǎn)生的反沖力，而這種力的產(chǎn)生原理其實(shí)是動(dòng)量守恒定律。
所謂動(dòng)量守恒定律，是指在一個(gè)系統(tǒng)在不受外力作用或者所受外力的矢量之和為零的情況下，其總動(dòng)量始終保持不變。
根據(jù)動(dòng)量守恒定律可以得出，在一個(gè)靜止的系統(tǒng)因?yàn)閮?nèi)力而分裂成了兩部分的情況下，如果其中的一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，那么另一部分就會(huì)因?yàn)閯?dòng)量守恒而具備一個(gè)與其等大但方向相反的動(dòng)量，由于動(dòng)量的方向與速度相同，因此這一部分就必然會(huì)向相反的方向運(yùn)動(dòng)（注：內(nèi)力可理解為系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用）。
為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們不妨來(lái)做一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，假設(shè)你拿起一個(gè)籃球，然后穿著溜冰鞋站在光滑的冰面上靜止不動(dòng)，此時(shí)你和籃球可以認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)，并且在這個(gè)系統(tǒng)中，你的動(dòng)量和籃球的動(dòng)量矢量之和（即總動(dòng)量）為零。
在此之后，如果你用力將手上的籃球向前方扔出，那么在籃球與你即將分離的瞬間，籃球的動(dòng)量（p1）就等于它的質(zhì)量（m1）與它在此時(shí)的速度（v1）的乘積，即“p1 = m1 x v1”，與此同時(shí)，你的動(dòng)量（p2）就等于你的質(zhì)量（m2）與你在此時(shí)的速度（v2）的乘積，即“p2 = m2 x v2”。
在籃球與你即將分離的瞬間，你和籃球仍然是一個(gè)系統(tǒng)，所以你的動(dòng)量和籃球的動(dòng)量的矢量之和仍然為零（動(dòng)量守恒），即“p1 = -p2”，也就是說(shuō)，此時(shí)你的速度（v2）就等于“-（m1 x v1）/m2”。
需要注意的是，這里的負(fù)號(hào)表示的是“v2”和“v1”的矢量方向相反，而這也就意味著，當(dāng)你將籃球向前方扔出去之后，你就會(huì)向相反的方向，也就是向后退行，扔出去的籃球速度越快，你退行的速度也就越快。
這種“系統(tǒng)通過(guò)分離出一部分，并使另一部分向相反方向運(yùn)動(dòng)”的現(xiàn)象，就被稱為反沖運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中產(chǎn)生的反沖作用就被稱為反沖力。
宇宙飛船通常都是采用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)作為推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)際上，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也是一種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所以其基本原理就是向后噴出物質(zhì)，并以噴出物質(zhì)產(chǎn)生的反沖力為動(dòng)力在太空中前進(jìn)。
除了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)之外，宇宙飛船還可以采用電推進(jìn)系統(tǒng)在太空里前進(jìn)，比如說(shuō)離子推進(jìn)器，其工作原理就是先將工質(zhì)電離成帶電粒子，然后再通過(guò)強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲力將帶電粒子以極高的速度噴出，從而獲得反沖力。
可以看到，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和電推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理其實(shí)都差不多，不同的只不過(guò)是它們噴出的物質(zhì)不一樣，所以我們只需要將上述思想實(shí)驗(yàn)中的“你”換成宇宙飛船，再將“籃球”換成是宇宙飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的物質(zhì)，就可以清楚地知道宇宙飛船前進(jìn)的動(dòng)力從何而來(lái)了。
值得一提的是，宇宙飛船還可以使用“太陽(yáng)帆”來(lái)作為推進(jìn)系統(tǒng)，“太陽(yáng)帆”可以被認(rèn)為是一種“無(wú)工質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)”，其基本原理就是利用太陽(yáng)光的“光壓”來(lái)作為動(dòng)力。
總而言之，不管是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還是電推進(jìn)系統(tǒng)，又或者是“太陽(yáng)帆”，其動(dòng)力都不是空氣提供的反作用力，所以宇宙飛船能夠在沒(méi)有空氣的太空里前進(jìn)，也就不足為奇了。
好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見(jiàn)。
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