有的答案不管三七二十一把问题转换成【飞机相对地面静止,无风情况下能否起飞?】(飞机相对空气静止)
然后得出飞机不能起飞的结论。
这样后面的分析确实简单不少,但回避了最关键的问题【跑步机到底能不能阻止飞机前进和加速?】
在还没讨论出跑步机上的飞机到底是不是相对空气静止(空速为0)的情况下,
直接默认题目就是这个意思,然后balabala……也太……
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大家应该对【飞机只要能前进并加速就能起飞,如果不能前进和加速就不能起飞】的结论没啥异议,
本回答重点讨论问题的字面意思:跑步机能否阻止飞机前进,进而阻止飞机起飞的问题。
(换句话说,题设描述的情况到底能否出现?答案是:永远不会出现这种情况)
结论:跑步机无论怎么转,以及转多快(就算远远超过飞机前进的速度),其实丝毫无法影响飞机前进和加速,飞机是可以正常起飞的。
我们先来分析一下问题为啥会引入“跑步机”这个东西?
因为跑步机很常见,很多人也亲自在上面跑过,深有体会,
如果跑步机的速度能和人跑步的速度相同,那无论跑步者跑多块,在旁边的人看来跑步者都是在原地踏步无法前进。
跑步机速度再快些,跑步者甚至会跟不上速度,变成相对地面倒退。
所以很多人会觉得同理可证:飞机轮子就等同于人的腿脚,如果跑步机速度能和飞机轮子转速一致,那飞机不就是像跑步的人一样无法前进了嘛。
很遗憾,这个想法跟实际情况不同,因为人是完全依靠腿脚的运动来前进的,
所以只要抵消了腿脚的运动,人就无法前进。
而飞机的前进是靠发动机向后喷气的反作用力(经过评论中
@Wayne Square指正,更准确的说应该是发动机扇叶旋转时与空气相互作用产生的拉力),与轮子的是否转动或如何转动一点关系都没有。
跑步机可以影响轮子的转动,却丝毫无法影响飞机发动机的推力。
无论是螺旋桨飞机还是喷气式飞机,仅靠跑步机的反向转动并不能阻止飞机前进。
跑步机的唯一影响只是增加飞机轮子空转的发热和磨损而已。
飞机可以丝毫不受跑步机影响,正常前进并加速,最终达到起飞速度并起飞。
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很多人不知道摩擦力的大小是不受相对运动速度大小的影响的吗?
很多人期望跑步机给飞机的阻力能够大到足以阻止飞机前进的地步,
以为跑步机只要足够快,给飞机的阻力就能足够大,这是不可能的。
其实跑步机能给飞机的阻力是很有限的,而且基本恒定,与跑步机的速度无关,
也就是说【速度】根本不是问题,跑步机【速度】或与轮子速度一致,或者更快,或者更慢,其实都不重要。
无论是否有跑步机,也无论跑步机转多快,上面的飞机与在平地起飞的情况是几乎完全一样的。
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补充:
额外再简单说说,为啥说题设【跑步机会自动调速,速度永远和轮子的速度一致】这个是有基本错误的。这也是很多人理解的难点。
(但这个问题并不影响后面对飞机能否起飞的问题)
因为题目设定跑步机是可以任意调速的,说它是超音速它就是超音速,说它是光速它就是光速,说它是全宇宙速度第一快那它就是全宇宙速度第一快……囧。
所以很多人就认为:既然这样,那我就说跑步机速度跟轮子速度一致不就行了嘛,那跑步机就肯定能和轮子速度一致。
其实这个设定存在基本错误,类似【如果一个人能比自己的影子跑的更快,是不是就能用舌头舔到自己的脑门?】
这里有两个层面:
1、一个人能否比自己影子跑的更快?(题设是否有问题)
2、一个人跑的比影子快或慢,这个因素是否影响到他舌头能否舔到自己脑门?(题设与核心问题是否相关)
【先说第一层面】
人影子的速度是人的速度决定的,所以人不可能比自己影子跑的快。人无论跑多快,影子会同样快。
(后来突然想起来,真要超光速了,还真的比影子快了,影子最快只能到光速……囧)
跑步机和飞机轮子的情况是一样的,飞机的轮子并不是汽车轮子,汽车轮子的速度是汽车单方面决定的,无论汽车轮子能多快,跑步机都能跟它一样快,甚至能更快。
而飞机轮子的速度并不是飞机单方面决定的,反而是跑步机和飞机共同决定的,
因为飞机轮子自己没有动力本来是不会转的,正是因为跑步机转动了才带着飞机轮子转的,
飞机轮子速度=飞机速度+跑步机速度 (不说方向的问题)。
也就是说飞机速度如果是100km/h,则轮子速度永远比跑步机速度快100km/h,
跑步机如果达到1000km/h,则飞机轮子速度就是1000km/h+100km/h=1100km/h。
所以其实这个题目的假设是有基本错误的。
【再说第二层面】
人不能用舌头舔到自己脑门,其实跟人能不能比自己影子跑的快也没关系。人就算能比自己影子跑的更快,也舔不到自己脑门。因为舌头能否舔到脑门跟舌头的长度有关,跟腿长、跑步速度之类的因素无关。
同样,无论跑步机能不能跟飞机轮子速度一致,其实都跟飞机机身无关,飞机机身前进、后退、加速、减速,只跟发动机和空气气流运动情况有关,而跟轮子是否转动或怎么转动无关。(飞行员踩刹车的情况除外)
跑步机就算能跟飞机轮子速度一致,甚至更快,也阻止不了飞机前进加速起飞。
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旧答案:
(太多枯燥的理论和受力分析,我知道你们都不爱看,所以移走了……囧)
目录:
旧答案太长太啰嗦,屡被知友吐槽,我给转移到印象笔记共享里了:
https://app.yinxiang.com/shard/s4/sh/2c295cbf-9acf-4518-8fd2-d8fbd2330aec/81989f8e461a9fe714444de8d65b8772(链接会跳转回知乎,请复制地址到浏览器中打开)