反沖的力量——火箭是怎樣升空的

“祝融”探火，“天和”暢游星?！蔑@中國航天的新高度。4月24日是“中國航天日”， 中國航天踏上新征途。神舟十二號(hào)、十三號(hào)、嫦娥五號(hào)、天問一號(hào)、我國在軌工作的超過500顆各類衛(wèi)星，都是靠什么送入太空的？那就是功不可沒的運(yùn)載火箭?；鸺鹪从谥袊?，是我國古代重大發(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。我國擁有長征系列運(yùn)載火箭。2022年4月15日，長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，將中星6D衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。這次發(fā)射是長征系列運(yùn)載火箭的第415次發(fā)射?；鸺窃趺瓷盏哪兀炕鸺龑贌釞C(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?；鸺惋w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的?；鸺龜y帶的燃料燃燒生成熾熱氣體，氣體通過火箭尾部尾噴管向后迅速噴出，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)叫做反沖。反沖是靜止或運(yùn)動(dòng)的物體通過分離排除部分物質(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做反沖力。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。劃冰時(shí)，用力推扶桿，扶桿給人一個(gè)反沖力，人就向反方向運(yùn)動(dòng)。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。游泳時(shí)把水向后“拋處”而使剩下部分（人）向前進(jìn)。氣墊船利用反沖原理工作的。公園里，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的噴灌裝置是利用水流噴出時(shí)的反沖作用而運(yùn)動(dòng)的。小時(shí)候有一種煙花，俗稱“鉆天猴”，點(diǎn)火后飛到空中然后爆炸，飛入空中的過程也是利用反沖。導(dǎo)彈也是通過噴射高溫高壓的燃?xì)鈦慝@得巨大推進(jìn)力的。把氣球里的氣放出同時(shí)松開手，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。明朝的萬戶就是世界上第一個(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，不幸的是飛天過程中火箭爆炸了，萬戶因此獻(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“萬戶山”。 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。除了前面所說的，像在汽車行業(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，提高了乘座的柔軟性和舒適性，有效保護(hù)車上自身和運(yùn)輸?shù)木軆x器，降低了車輛對(duì)路面的沖擊，同時(shí)延長路面的使用壽命。有時(shí)人們要減少反沖的影響。如子彈、炮彈出鏜，由于反沖會(huì)產(chǎn)生后座力。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。無后坐力炮的設(shè)計(jì)，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，一般都滿足內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，所以反沖過程往往遵循動(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)閮刹糠郑瑥楊^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。不僅僅人類，動(dòng)物也能巧妙地利用反沖運(yùn)動(dòng)。烏賊、章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向是靠腹腔中向后噴出高速水流，利用噴出水流的反沖作用實(shí)現(xiàn)的。

下面讓我們一起動(dòng)手做有關(guān)反沖的小實(shí)驗(yàn)吧。

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

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，松開手，發(fā)現(xiàn)小船朝噴氣的反方向前進(jìn)。

2、 旋轉(zhuǎn)灌溉：用筆芯尖在一次性紙杯底部正對(duì)方向開兩個(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)方向也開兩個(gè)小孔，穿入棉線提在手上。往紙杯中加滿水，注意到隨著水流從吸管噴出，吸管紙杯也持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

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，倒置過來，發(fā)現(xiàn)瓶中產(chǎn)生大量氣體，隨著氣體沖開羽毛球，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）