反冲的力量——火箭是怎样升空的

“祝融”探火，“天和”畅游星海……彰显中国航天的新高度。4月24日是“中国航天日”， 中国航天踏上新征途。神舟十二号、十三号、嫦娥五号、天问一号、我国在轨工作的超过500颗各类卫星，都是靠什么送入太空的？那就是功不可没的运载火箭。火箭起源于中国，是我国古代重大发明之一，早在宋代就发明了火箭。现代火箭主要用来发射探测仪器、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等空间飞行器。我国拥有长征系列运载火箭。2022年4月15日，长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空，将中星6D卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。这次发射是长征系列运载火箭的第415次发射。火箭是怎么升空的呢？火箭属热机的一种，工作时将燃料的化学能最终转化成火箭机械能。火箭和飞机都能飞上天空，但获得升力的原理却完全不同。异于飞机利用空气动力飞行，火箭是利用发动机喷气获得的反作用力起飞的。火箭携带的燃料燃烧生成炽热气体，气体通过火箭尾部尾喷管向后迅速喷出，后喷的燃气同时对火箭产生反作用力，推动着火箭朝前飞，当推力大于火箭自身重力时，火箭便升空了，这种运动叫做反冲。反冲是静止或运动的物体通过分离排除部分物质，而使自身朝反方向运动的现象。反冲运动中,物体受到的反冲作用通常叫做反冲力。反冲涉及牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。想想滑冰场上你推同伴，发现自己也会后退，这就是同伴给自己的反作用力。划冰时，用力推扶杆，扶杆给人一个反冲力，人就向反方向运动。喷气式飞机是利用发动机喷出的高速气流推动飞机前进的。射击时会有后坐力，这是子弹给枪的反作用力。游泳时把水向后“抛处”而使剩下部分（人）向前进。气垫船利用反冲原理工作的。公园里，自动旋转的喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而运动的。小时候有一种烟花，俗称“钻天猴”，点火后飞到空中然后爆炸，飞入空中的过程也是利用反冲。导弹也是通过喷射高温高压的燃气来获得巨大推进力的。把气球里的气放出同时松开手，气体给气球一个反冲力让气球反方向飞。

反冲的应用历史悠久。明朝的万户就是世界上第一个尝试利用反冲让自己飞上天的人。他把47根火箭捆绑在座椅背后，把自己绑在座椅上，想借助火箭向前推动的力量使自己飞天，不幸的是飞天过程中火箭爆炸了，万户因此献出了生命。为了纪念世界上第一个想利用火箭飞行的他，后人将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。 公元1161年宋军与金兵的“采石之战”中使用的“霹雳炮”，就是一种利用反冲的火箭兵器。在中国民间广为流行的能高飞的“火流星”也是利用反冲腾空的。

反冲原理在生活中有着重要的用途。除了前面所说的，像在汽车行业运用广泛的空气弹簧，是根据空气被压缩后产生的反冲力起到缓冲防震作用的，提高了乘座的柔软性和舒适性，有效保护车上自身和运输的精密仪器，降低了车辆对路面的冲击，同时延长路面的使用寿命。有时人们要减少反冲的影响。如子弹、炮弹出镗，由于反冲会产生后座力。射击时我们要用肩部抵住枪身，就是为了减少反冲的影响，提高射击命中率。无后坐力炮的设计，充分利用反冲原理，减小后坐力影响，提高射击精度的。反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处，相互作用力常为变力，且作用力大，一般都满足内力远远大于外力，所以反冲过程往往遵循动量守恒定律：即系统在内力作用下，当一部分向某一方向的动量发生变化时，剩余部分沿相反方向的动量发生同样大小变化的现象。射击产生后坐力的原因是膛底受到火药气体的压力。无后坐力炮与常规大炮不同的是它的炮管不会后退，取而代之的是炮弹的一部分碎片：炮管本身就是一根通管，炮弹在发射时会变为两部分，弹头部分从炮管前端射出攻击目标，剩下的部分以碎片的形式从炮管后部抛出（避免伤及射手），两部分的动量差不多，并且反向，即产生两个反向的后坐力并且相互抵消，射手感到的后坐力就很小了，因而射击精度也提高不少。不仅仅人类，动物也能巧妙地利用反冲运动。乌贼、章鱼在水中前行和转向是靠腹腔中向后喷出高速水流，利用喷出水流的反冲作用实现的。

下面让我们一起动手做有关反冲的小实验吧。

器材：一次性纸杯、带弯头吸管、棉线、气球、空矿泉水瓶、食用小苏打、白醋、脚盆、笔芯、透明胶、羽毛球、剪刀

1、 反冲小船：把2个空矿泉水瓶含瓶口约四分之一剪下，用透明胶粘在一起制成小船，气球套上一个瓶口，从另一个瓶口把气球吹大，捏住气球口，把“小船”放入水中，松开手，发现小船朝喷气的反方向前进。

2、 旋转灌溉：用笔芯尖在一次性纸杯底部正对方向开两个小孔，把两根吸管不带弯头端用剪刀剪成尖端插入小孔中，纸杯上方杯口处正对方向也开两个小孔，穿入棉线提在手上。往纸杯中加满水，注意到随着水流从吸管喷出，吸管纸杯也持续转动起来。

3、 水火箭：往空矿泉水瓶注入约五分之一白醋，单层纸包裹着小苏打放入瓶口中，用羽毛球头堵住瓶口，倒置过来，发现瓶中产生大量气体，随着气体冲开羽毛球，获得反冲的矿泉水瓶冲上天空。（本实验须在室外空旷处进行，注意安全）