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      在密閉行駛的車輛中有一只蒼蠅,蒼蠅并未與車輛接觸,車輛的行駛

      2020-07-29 08:08閱讀(62)

      在密閉行駛的車輛中有一只蒼蠅,蒼蠅并未與車輛接觸,車輛的行駛速度和蒼蠅的速度是怎樣的?:用牛頓定律就可以簡(jiǎn)單解釋,答案肯定是一樣的,當(dāng)然前提是汽車在勻

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      用牛頓定律就可以簡(jiǎn)單解釋,答案肯定是一樣的,當(dāng)然前提是汽車在勻速行駛,如果來回的加速減速,汽車和蒼蠅的速度當(dāng)然是不一樣的。

      按照牛頓定律的詮釋,當(dāng)汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),里面蒼蠅的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與在靜止的汽車?yán)锊]有區(qū)別,如果蒼蠅是瞎子和聾子,不能看到汽車外面的世界也聽不到聲音,蒼蠅就完全不能判斷是在勻速行駛的汽車?yán)镞是在靜止不動(dòng)的汽車?yán)铩?/p>

      類似的問題還有:在高速行駛的汽車?yán),比如時(shí)速120公里,汽車?yán)锏纳n蠅為何能隨汽車一起飛行,而沒有撞到汽車玻璃上?原因同樣如此,勻速行駛表現(xiàn)出來的特征與靜止是一樣的。

      這中特點(diǎn)在我們生活中隨處可見,每個(gè)人都經(jīng)歷著。我們所在的地球就可以認(rèn)為是一輛勻速行駛的汽車,每當(dāng)你騰空躍起落下時(shí),你仍舊會(huì)落到原點(diǎn),不會(huì)向后飛行,因?yàn)槟愫偷厍蚴且惑w的。而空中飛行的小鳥就相當(dāng)于汽車?yán)锏纳n蠅,小鳥不會(huì)因?yàn)榈厍蚋咚傩D(zhuǎn)而被甩出去,小鳥的速度(假設(shè)騰空不動(dòng))與地球的速度是一樣的。

      不但蒼蠅是這樣,汽車?yán)锏目諝馔瑯尤绱,空氣的速度與汽車也是一樣的,如果不一樣你肯定會(huì)感覺到汽車?yán)镉酗L(fēng),但實(shí)際上密閉的汽車?yán)锬闶遣粫?huì)感覺到有風(fēng)的。這也決定了蒼蠅可以隨意地在汽車?yán)锩骘w來飛去,與在地球上沒有任何區(qū)別!

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      這個(gè)問題不需用高深的相對(duì)論來回答,淺顯易見的日常開車觀察就可以了。跑高速,尤其是在初夏的傍晚開車,次日會(huì)發(fā)現(xiàn)汽車前臉特別是前牌照上密密麻麻的一層蚊子的尸體,而密閉車內(nèi)咬你沒商量的幾只蚊子卻安然無恙,伴你度過那段行程。同時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)不論車開多快多慢或者停下來,絲毫不影響蚊子,想咬你小腿絕不咬你膀子,靈活自如同在臥室里一樣。車外的蚊子都是被撞上的,雖然比不上飛機(jī)撞小鳥,但若是點(diǎn)子背的話,就像喝西北風(fēng)也會(huì)塞牙。我遇到過,一只伊蚊和一只麻蚊打架,結(jié)果前擋風(fēng)玻璃上出現(xiàn)了兩個(gè)蚊子同大小,同形狀,同肢干狀的兩處裂痕。蚊子如此,蒼蠅也應(yīng)該如此。

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      想必這輛車應(yīng)該就是普通的家用車吧,蒼蠅在里面的情況差不多與你自己在車?yán)锏那闆r一樣,除非汽車的加速度很大,那樣蒼蠅就會(huì)被甩到汽車內(nèi)壁,而你則因?yàn)榘踩珟Ю卫蔚淖谧簧稀?/p>

      我們來看看蒼蠅在各種情況下會(huì)出現(xiàn)什么情況:

      比如汽車在啟動(dòng)時(shí),由于蒼蠅在空氣飛行、懸停等都需要依靠空氣來“托住”它(也就是拍打翅膀產(chǎn)生向上的力,抵抗重力),那么汽車啟動(dòng)時(shí),是一個(gè)變速的過程,由靜止轉(zhuǎn)為某一速度值的過程。

      那么蒼蠅在里面也會(huì)經(jīng)歷這個(gè)過程,否則它就會(huì)被“摔”到汽車后壁,但一般而已由于汽車的加速度不可能有多大,因此我們都沒有看見過蒼蠅撞到墻上的場(chǎng)景吧(除非是它自己想撞墻)。

      而在汽車勻速行駛階段,蒼蠅可以在車內(nèi)自由飛行,和汽車靜止時(shí)毫無異樣,這一點(diǎn)正是力學(xué)相對(duì)性原理的體現(xiàn),在沒有共知或前提條件下,勻速和靜止實(shí)際上是沒法區(qū)分的。

      而在汽車減速階段,實(shí)際上和加速階段沒兩樣,只是蒼蠅“摔”的方向反了而已。

      其實(shí)這個(gè)問題只是簡(jiǎn)單的初中物理常識(shí),就和“一個(gè)人在運(yùn)行著的高鐵車廂內(nèi)跳一下會(huì)出現(xiàn)什么情況?”一樣。

      最后再問大家一個(gè)問題:在一個(gè)靜止的車廂內(nèi),一個(gè)光子從車廂底豎直向上發(fā)射,光跡是一條直線;如果換做運(yùn)動(dòng)的車廂呢?

      期待您的點(diǎn)評(píng)和關(guān)注哦!

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      親身經(jīng)歷:夏天有時(shí)候開車車?yán)锩婢蜁?huì)偶然關(guān)一直蒼蠅,在不把窗戶打開的情況下,車子不管行駛的速度有多快,蒼蠅在車子內(nèi)仍然照常飛行,和在平地上沒有任何區(qū)別。這就說明,蒼蠅的速度是完全和車速一致的,即便蒼蠅沒有和車子接觸。

      其實(shí),這個(gè)事情后面的物理規(guī)律也很簡(jiǎn)單,就是因?yàn)榕nD第一定律。即在沒有受力的情況下,物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度保持不變。在汽車沒有加速的情況下,蒼蠅和汽車是相對(duì)靜止的,因?yàn)槎咚俣纫恢。?dāng)汽車加速時(shí),蒼蠅的速度就會(huì)小于汽車的速度,如果汽車瞬間加速度很大,那么蒼蠅如果飛不及的話,就會(huì)撞在汽車的后面。

      但是,蒼蠅的速度是很快的,汽車加速的時(shí)候它在飛行過程中也可以加速。而且,由于汽車是密閉的,所以車內(nèi)的空氣也會(huì)受到汽車給予的一個(gè)相同的加速度,從而使得空氣也一起跟著汽車加速,最終這個(gè)加速度也會(huì)部分作用于蒼蠅身上。當(dāng)汽車停止加速時(shí),蒼蠅和汽車的速度是一樣的。

      其實(shí),這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們現(xiàn)實(shí)中也可以做。比如一杯水中放置一個(gè)漂浮的物體,我們瞬間橫向移動(dòng)水杯,水杯中的水就會(huì)往后揚(yáng)起,而水上面的漂浮物也會(huì)跟著向后揚(yáng)起。這里水杯就好比密閉的汽車,水就好比空氣,漂浮的物體就好比是蒼蠅。當(dāng)然,水的密度是比空氣大的,所以漂浮物在水杯加速過程中,位移會(huì)比空氣中小,因?yàn)樗鼤?huì)收到水更大的推力產(chǎn)生加速度。

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      【導(dǎo)語】當(dāng)我們汽車在行駛到時(shí)候,車內(nèi)的物品如果拋起來或者是自己飛起來的時(shí)候,車內(nèi)的物品的速度是什么樣的?類似這樣的問題一直是大家比較熱衷于討論的事情,今天既然有題主提到這個(gè)問題了,那么我就來進(jìn)行一個(gè)全面的分析,討論一下當(dāng)汽車在行駛的時(shí)候,車內(nèi)的物品和車內(nèi)沒有和車輛接觸的物品都是什么樣的狀態(tài)。

      首先我們可以肯定的是,當(dāng)我們汽車在高速行駛的時(shí)候,如果車內(nèi)是關(guān)窗的狀態(tài)的話,車內(nèi)的空氣相對(duì)汽車來說就是靜止的,否則我們就會(huì)被吹得難受;當(dāng)我們把車窗打開的時(shí)候,車外的空氣會(huì)因?yàn)檐囕v的速度而從車內(nèi)穿過,這個(gè)時(shí)候車內(nèi)的空氣和車子的相對(duì)速度是運(yùn)動(dòng)的。

      如果我們?cè)谏细咚俚臅r(shí)候不小心讓一只蒼蠅飛到了車?yán),并且(guī)У搅烁咚俟飞,汽車?20km/h的速度巡航,這個(gè)時(shí)候如果我們關(guān)著車窗的話,車內(nèi)的空氣就是相對(duì)靜止的,這個(gè)時(shí)候蒼蠅飛起來的時(shí)候就像是在地面禁止的時(shí)候一樣的,這種時(shí)候蒼蠅相對(duì)于外界的速度就是120km/h,而相對(duì)汽車的速度來說就是0km/h、因?yàn)槠囬_到哪里,車內(nèi)的空氣就會(huì)被帶到哪里,在蒼蠅眼里車內(nèi)就是一個(gè)靜止的環(huán)境。

      當(dāng)我們把車窗大開的時(shí)候,由于汽車相對(duì)外界的空氣來說是有速度的,所以外界的空氣會(huì)流進(jìn)車內(nèi),我們會(huì)感覺到車內(nèi)有很大的風(fēng)吹過,這個(gè)時(shí)候如果蒼蠅正好在車?yán)锸秋w在空中的狀態(tài)的話,在開窗的瞬間就會(huì)被吹走,這個(gè)時(shí)候蒼蠅相對(duì)汽車的速度是接近120km/h的(流經(jīng)車內(nèi)會(huì)有減速),而相對(duì)外面的空氣是靜止的,所以當(dāng)蒼蠅被吹出來的時(shí)候,很快就和地面處于靜止的狀態(tài)。

      這其中的關(guān)鍵點(diǎn)在于,汽車在120km/h行駛的時(shí)候,有沒有帶動(dòng)車內(nèi)的空氣還有物品,就像我們放在車?yán)锏淖C件,當(dāng)車輛行駛的時(shí)候,證件也會(huì)跟著一起行駛,證件和地面相對(duì)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的速度和汽車行駛的速度一致;車?yán)锏纳n蠅也是如此,當(dāng)汽車沒有開窗的時(shí)候,車內(nèi)的空氣是被汽車帶著走的,連同空氣中的蒼蠅也一起被帶走,這個(gè)時(shí)候蒼蠅和證件一樣相對(duì)汽車是靜止的,但是相對(duì)地面來說又是運(yùn)動(dòng)的。

      這就好比我們的地球,我們的地球以飛快的速度繞著太陽旋轉(zhuǎn),并且自身也在高速自轉(zhuǎn),但是當(dāng)我們?cè)诘厍蛏夏硞(gè)地方的時(shí)候,我們就會(huì)感覺到我們是靜止的,但是實(shí)際上從絕對(duì)速度上來看的話,我們現(xiàn)在在宇宙中的速度是非?膳碌。

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      這個(gè)問題和你坐車?yán)锏母杏X是一樣的,只不過蒼蠅是坐在“空氣”里。車子加速,你向后仰,蒼蠅也向后運(yùn)動(dòng);剎車,你向前沖,蒼蠅也可能撞到擋風(fēng)玻璃上;車子勻速前進(jìn),蒼蠅在車?yán)镒杂傻仳}擾你。

      密閉的汽車和車內(nèi)的空氣一起,形成了一個(gè)慣性系統(tǒng)。你有座位和安全帶約束你,所以在汽車加速、減速及勻速狀態(tài)下,你會(huì)受到推拉擠撞等各種作用;而蒼蠅就慘了,將完全隨汽車的慣性做前沖倒退側(cè)翻等動(dòng)作,就像你站在公共汽車上,司機(jī)路怒癥發(fā)作,和別人飆車擠撞時(shí)的感覺一樣,你只能自求命大了。

      所以你要是一位司機(jī),有一只蒼蠅不停地在你車?yán)飮聡挛宋,弄得你想扯出它的腸子,纏在它的脖子上,使勁一拉的話,不妨用這種更現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)的辦法,不停地暴力加速,急剎猛停,摔得它七葷八素,掉在地板上大吐特吐,直喘粗氣,跪地求饒。當(dāng)然,前提是你的駕駛技術(shù)要特別好,最好你是一個(gè)賽車手,不然蒼蠅沒摔吐,你摔吐了。

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      慣性,汽車及汽車內(nèi)的空氣具有相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),在水平方向上有相同速度。

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      地球在宇宙中高速運(yùn)動(dòng),作為地球上提問者的你,原地跳起來離開地面時(shí)候,能感覺自己高速運(yùn)動(dòng)嗎?

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      分享一下小技巧:車內(nèi)有蒼蠅你不用拍打,因?yàn)榻?jīng)常打不著,打著了又會(huì)弄臟了車,分心也不利于行車安全,有效的辦法是,當(dāng)蒼蠅飛舞時(shí),慢慢加速120邁,來個(gè)急剎車,蒼蠅被撞暈后再收拾它!

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      “任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。”——牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律。

      在完全密閉的車廂里,飛在半空的蒼蠅會(huì)如何運(yùn)動(dòng),這取決于車輛的運(yùn)動(dòng)方式。

      如果車輛不是勻速直線運(yùn)動(dòng),無論在加速、減速還是轉(zhuǎn)彎,蒼蠅的速度都不會(huì)跟車輛相同。

      如果車輛是勻速直線運(yùn)動(dòng),那么幾乎所有人都知道答案:蒼蠅即使懸浮在空中,也會(huì)跟車輛以相同的速度和方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

      可是為什么懸浮的蒼蠅會(huì)跟車輛的運(yùn)動(dòng)完全同步呢?

      對(duì)此網(wǎng)上一直存在著兩種觀點(diǎn):

      一些人認(rèn)為這是由于車廂內(nèi)的空氣在隨著汽車一起運(yùn)動(dòng),于是便推動(dòng)了蒼蠅向前運(yùn)動(dòng);

      另一些人則認(rèn)為這事兒與空氣完全無關(guān),純粹是由于慣性定律的緣故。

      然而這兩種認(rèn)知都是錯(cuò)誤的。

      事實(shí)上,車廂里的蒼蠅之所以跟車輛的速度相同,是空氣和慣性這兩大因素同時(shí)造成的。

      ?車廂并不是真空環(huán)境,倘若不是空氣在隨著車輛一起運(yùn)動(dòng),蒼蠅在半空中是無法保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的,這一點(diǎn)只要打開車窗立見分曉。

      ?可是如果沒有慣性定律的影響,單憑空氣是無法讓蒼蠅和車輛保持同速的,這是最基本的流體力學(xué)現(xiàn)象——時(shí)速60公里的氣流無法推動(dòng)有質(zhì)量物體達(dá)到時(shí)速60公里,除非在氣密裝置內(nèi)。

      這里需要強(qiáng)調(diào)一下:密閉的車廂雖然氣密性極高,但是在這個(gè)空間之內(nèi),蒼蠅的四周仍然是開闊的。

      關(guān)于氣密裝置,最容易想到的例子就是氣動(dòng)槍的槍管。

      在彈丸直徑和槍管直徑相吻合的情況下,氣動(dòng)槍的氣罐噴射出的高速氣流能推動(dòng)彈丸達(dá)到每秒上百米的初速。因?yàn)閺椡璋褬尮芊馑懒,空氣無路可走,所有動(dòng)量會(huì)全部傳遞給彈丸。

      可是假如裝填的彈丸直徑比槍管小了一半,同一把氣動(dòng)槍噴射出的同樣高速的氣流,卻無法讓這顆質(zhì)量更小的彈丸達(dá)到同樣高的初速了。因?yàn)闃尮堋奥狻绷耍瑲饬鲿?huì)從彈丸的側(cè)面通過,于是白白“流失”了許多動(dòng)量。

      車廂里的蒼蠅也是同樣的道理——由于氣流會(huì)從蒼蠅的四周通過,于是無法將100%的動(dòng)量全部傳遞給蒼蠅,那么蒼蠅自然也就無法達(dá)到與氣流完全同等的速度。

      所以對(duì)于懸停在車廂里的蒼蠅,正確的理解是:在車輛保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的過程中,蒼蠅絕不是被空氣推動(dòng)的,而是由于慣性向前運(yùn)動(dòng)的;但與此同時(shí),車廂內(nèi)的空氣也必須以相同的速度作慣性運(yùn)動(dòng),否則就會(huì)產(chǎn)生阻力改變蒼蠅的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

      這個(gè)現(xiàn)象可以由牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律來解釋:

      第一運(yùn)動(dòng)定律的完整理解是:在毫無阻力的理想環(huán)境下,一個(gè)恒定不變的作用力會(huì)讓物體不斷地加速,失去這個(gè)作用力之后,物體會(huì)保持當(dāng)前速度永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)下去,直到外力改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

      也就是在推力存在的情況下,物體會(huì)做加速運(yùn)動(dòng),失去推力之后,物體會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。

      譬如著名的理想斜坡實(shí)驗(yàn):忽略空氣和軌道阻力的情況下,斜坡上的小球在下坡的過程中會(huì)由于重力而不斷加速,到達(dá)絕對(duì)水平的軌道之后,就會(huì)保持當(dāng)前速度一直作勻速直線運(yùn)動(dòng)。

      至于汽車,它是在發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下開始運(yùn)動(dòng)的,當(dāng)它達(dá)到某個(gè)時(shí)速——例如60km/h時(shí),如果發(fā)動(dòng)機(jī)不再提供推力,汽車應(yīng)該永遠(yuǎn)以60km/h的慣性速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),只不過地面和空氣產(chǎn)生的阻力會(huì)干擾它的慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而已。

      停留在汽車中的蒼蠅也是在發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下開始運(yùn)動(dòng)的,動(dòng)量是車身傳遞給它的,當(dāng)汽車的速度達(dá)到60km/h時(shí),蒼蠅的慣性速度也達(dá)到了60km/h,此時(shí)它飛到半空中,既不與地面接觸,車廂里的空氣也與它同速,因此對(duì)它而言并沒有任何阻力的存在,于是它會(huì)永遠(yuǎn)以60km/h的慣性速度沿直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)汽車假如忽然停下,它會(huì)徑直撞在擋風(fēng)玻璃上。

      當(dāng)然,如果汽車啟動(dòng)之前蒼蠅就懸停在半空中,那么汽車啟動(dòng)時(shí)它就會(huì)撞到后方玻璃上,因?yàn)榭諝鉄o法將發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的動(dòng)量全部傳遞給它。

      綜上可見,汽車的車廂是非真空環(huán)境、蒼蠅四周是開闊空間,只考慮慣性或只考慮空氣都是不完整的,必須同時(shí)考慮空氣和慣性這兩大因素,才能正確解釋蒼蠅為何會(huì)與汽車保持同速。

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