前几天，网上流传一个视频：一个老外坐在一个有轮子的小车上，用手里的吹风机吹手里的雨伞，小车就飞一样地向前运动，许多同学觉得不可能，让我给解释一下。
其实，从原理上讲，这种方式的确能让小车运动，只是恐怕达不到视频里这样风驰电掣的速度。而且，在我们经常乘坐的交通工具——飞机上，就有这种物理原理的实际应用，让我们一起来了解一下吧！
01
小车为什么会走
有人认为：吹风机向雨伞吹气，吹风机受到向后的作用力，雨伞受到向前的作用力，这两个力会抵消，所以车不会动。或者换种说法：把小车、人、吹风机、雨伞看作一个整体，吹风机吹风到雨伞上的作用力是内力，内力不能影响物体的运动状态，所以车不会走。有点类似于下面的这种情况：

但实际上，这种想法是不对的。因为吹风机吹出风撞击到弧形的雨伞，风会转一个弯，掉头向后运动。原本静止的空气被这个装置折腾一番之后向后喷出了，所以装置就会受到向前的反作用力，小车就会向前运动了。
这事情并不稀奇，许多动物就是依靠这个原理运动的。比如通常被以为任人宰割的扇贝，发起疯来也会通过喷水跑路。
所以说獐子岛……好吧扯远了。我们还是回头来说说喷气小车的事。本着求真务实的态度，另外一老外做了各种各样的喷气小车，有的能走有的不能走。
比如：吹风机吹向一个凹进去的罩子，结果小车向着风的方向运动了。
这就如我们刚才所说，风经过罩子反射，向后吹去，于是车依靠风的反作用力向前运动。
如果风吹向罩子的凸面，情况又会如何呢？
惊呆！小车竟然向后走了！这是为什么？
其实原理也不难，由于罩子是凸出的，风绕过罩子向前喷去，于是小车受到向后的反作用力，就会向后运动。

最后我们再思考一下：如果罩子完全是平的，小车该向哪里走呢？
思考1秒
思考2秒
….
时间到！来看实验：
为什么罩子是平板的时候，车就不会走呢？风是如何运动的？对车的反作用力方向如何？这个问题留给读者自己思考。想出答案的小伙伴可以在文章下方留言。
02
飞机反推装置
喷气式客机依靠向后喷出高速气体来加速，但是你知道它是如何减速的吗？飞机降落时，要在有限的距离里快速停下，只依靠轮子刹车装置是不够的，人们发明了一种神奇的飞机反推装置。它可以是这样的：

也可以是这样的：
简单来说，就是飞机降落时，喷气引擎部位会伸出莲花瓣之类的气体挡板，让本来应该向后喷出的气体向前喷出，这样飞机就会获得一个向后的作用力，让飞机快速停下。
甚至于，在某些特殊情况下，飞机还可以依靠反推装置倒车。

怎么样？涨知识了吧！
飞机反推装置的存在，大大缩短了飞机降落的距离，提高了喷气式飞机的安全性。如果降落时反推装置没有打开或者出现故障，飞机刹车距离过大，可能发生危险。比如2007年7月17日，巴西天马航空3054号班机于圣保罗市孔戈尼亚斯国际机场冲出跑道，事故造成205人死亡。事故原因就是：飞机降落时两个引擎中的一个反推装置故障，另一个反推装置正常，结果在两个相反的推进器作用下飞机失控。
巴西天马航空3054号班机坠毁
有的时候，反推装置在空中飞行时突然打开，也会造成事故。例如：1991年5月26日，劳达航空004号班机在泰国坠毁。原因就是飞机的推力反向器在无人操作的情况下突然打开，结果飞机失速坠毁，全机223名乘客与机员无一生还。
劳达航空004号班机
03
来算算
尽管原理上是可行的，但是本文开头提到的老外应该是搞了一个障眼法：他可能是在下坡路上拍摄的视频。我们只需要计算一下推力的大小就可以了。
大家看：如果有一个风口面积是S的吹风机，向前喷出速度为v的风，那么在Δt的一小段时间里，它喷出的气体就构成了一个长度为vΔt，底面积为S的柱体。

假设空气密度为ρ，这些气体的质量Δm=ρvΔtS。
这些气体是运动的，所以就具有动量，动量等于质量与速度的乘积，P=Δmv=ρΔtSv^2。
根据牛顿第二定律，吹风机对风的作用力等于风的动量变化除以时间，所以作用力大小为F=P/Δt=ρSv^2。
再根据牛顿第三定律，吹风机给了风多少作用力，风就给了吹风机多少反作用力。刚才说的这些装置就是依靠这个反作用力运动的，这个力与空气密度、吹风速度和风口面积大小有关。
我们假设吹雨伞的老外用的吹风机风速v=30m/s(这已经达到了台风级别)，风口面积S取0.02平方米，空气的密度ρ大约是1.29千克每立方米，把数据代入公式，得到这个推力大约是23牛顿——大约相当于5斤鸡蛋的重力。这么小的力没有办法让一百多斤的老外风驰电掣的开车。
不过，同样速度的台风就能把人吹的东倒西歪，这是因为人在台风中，受力面积比较大。如果把人看作是一个0.5米乘1.5米的矩形，迎风面积是0.75平方米，代入同样的风速30m/s和空气密度1.29千克每立方米，得到作用于人的力大小为870N——大约相当于一个180近的胖子的重力。
空气的密度还是比较小的，如果我们把空气换成水，这个力就大得多了。有一个前NASA的工程师，制造了一把巨型水枪，能把水以120m/s的高速喷出。
水的密度大约是空气的800倍，大约是1000千克每立方米，代入刚才的公式，可以算出这把水枪的压强大约是大气压的1500倍——相当于每1平方厘米上都压了一个300斤的胖子。砍瓜切菜，不在话下。
当这位工程师高高兴兴的用自己的水枪与小朋友打水仗的时候，小朋友吓哭了。
其实，利用高速水流切割坚硬物体的水钻机早就有了。很多年前我看过一部美国电影《拯救落井幼儿》，电影里就是用水枪切割坚硬的岩石，最终把幼儿从井里救上来的。
《拯救落井幼儿》
 END 
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