【题】下面这两种情况,哪个受到的空气阻力会更大一些:是飞行的子弹还是被抛入空中的球?
【解】通常情况下人们会认为,在较轻的介质(如空气)中快速飞行的子弹是不会遇到明显干扰自身运动的障碍物的。但是情况正好是相反的,子弹会在飞行时遇到相当大的空气阻力,是因为它的运动速度大。一般情况下,4千米是步枪所能够达到的射程。假设子弹不会受空气阻力的影响,那么它又能射多远呢?似乎听起来不太可能,但是理论射程会是实际射程的20倍,即80千米(见图83)!
我们可以通过下面的运算来证明一下。
在离开枪管时,子弹的速度大约是900米/秒。根据力学可知,如果在真空中要物体飞行距离最远,那么在把物体扔出去的时候就需要沿水平面45°的夹角。我们通过下列的公式可以算出距离(其中v表示初始速度,g表示重力加速度):
L=v2/g
在上述情况下,v=900(米/秒),g≈10(米/秒2)。将它们代入公式中可得
L=9002/10=81 000(米)=81(千米)
因为介质阻力的值是和速度的幂成正比例关系,而不是和速度本身,所以子弹的飞行速度会受到空气的巨大影响。
但是,若将力学公式应用到被抛出的球上(运动速度大约为20米/秒),所得到的空气阻力却小到完全可以忽略不计。假设真空中,球的运动速度为20米/秒,将球沿水平面45°夹角的方向扔出去,那么球在40米(202÷10)远的地方就会落下,球的实际飞行距离也就约等于这个值。如图,在空气中扔出去的球,飞行路线不是抛物线a(虚线),而是曲线b(实线)。
其实,若忽略空气阻力,那么射出去的炮弹,最终的实际射程与理论射程之间的差距并没有我们想象中那样大,而是会非常接近。