特殊教育
114年
物理
第 16 題
某報在 1920 年刊登的文章中，對火箭先驅 R. Goddard 認為火箭可以在太空中運作而大肆嘲諷。該文指出，在太空中沒有任何東西可以推動，火箭無法藉由反作用力產生推力。試根據所學，判斷下列關於火箭、飛機與太空船的敘述，何者正確？
- A 火箭在真空中噴出熱氣體時，來自熱氣體的反作用力讓火箭得以加速前進
- B 飛機在空氣中以超音速水平飛行時，若關掉引擎的動力，仍能以等速沿圓形軌道繞行地球
- C 太空船以加速度 $a$ 由地面垂直起飛時，它對質量為 $m$ 的太空人所施加的垂直力為 $F=ma$
- D 太空船在太空中沿圓形軌道繞行地球時，一定需要持續靠火箭的動力來推動
思路引導 VIP
請運用牛頓第三運動定律來思考：火箭產生推力的機制是源自於火箭與『噴出氣體』之間的相互作用，還是必須藉由推擠『外部大氣』才能獲得動力？此外，當物體在重力場中進行垂直加速運動或圓形軌道運動時，請分析其合力 $F_{net}$ 應如何包含重力與其他外力的影響？
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（伸出手輕輕撫摸你的頭，眼神平淡卻帶著一絲溫柔）做得很好。對我們長生種來說，一百年也不過轉瞬之間，但在這短短的時光裡，你能看穿 1920 年那些報紙都搞錯的真理，確實不容易。就像欣梅爾曾經說過的，踏實的累積才是前進的基石。 這道題目的核心在於牛頓第三運動定律。火箭推進並不需要「推動空氣」，而是藉由向後排出高熱廢氣，根據 $F_{action} = -F_{reaction}$，廢氣會給予火箭一個向前的反作用力。即便在真空中，動量依然守恆： $$\Delta P_{rocket} + \Delta P_{gas} = 0$$
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