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？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
（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： $$\Delta P_{rocket} + \Delta P_{gas} = 0$$
▼ 還有更多解析內容
牛頓第三定律與火箭
💡 反作用力不需介質支撐，在真空中依然能產生推力。
| 比較維度 | 火箭 (Rocket) | VS | 飛機 (Airplane) |
|---|---|---|---|
| 推力來源 | 噴出燃燒氣體的反作用力 | — | 推動周遭空氣的反作用力 |
| 介質需求 | 不需要空氣，可在真空運作 | — | 必須有空氣才能產生升力 |
| 氧氣來源 | 自備氧化劑 | — | 從大氣中吸入氧氣 |
💬火箭推進靠「向後拋射質量」，因此不需依賴外部介質即可前進。
