如果一個漂浮物在高速行駛的物體裡面,那麼它是會後退還是跟這個物體保持一致前進。?

(我是菜鳥,。)比如在一輛高速行駛的列車裡的無人機,會後退還是一起前進,為什麼?


題主的問題其實是有很深的道理的。往往問題看似越簡單,但它的道理就越深。

我們來看下圖:

這架無人機在火車內懸停的條件是什麼?

設火車前進的速度是V1,若無人機想要在火車內懸停,則它在火車前進方向上的速度必須也等於V1。

注意:這裡討論的火車勻速行進在平直的鐵道上,這是一個非常重要的前提條件。

我們來設想第一種情況:

若無人機本來就停在車廂內,然後起飛懸停。由於車廂內的空氣也與火車一同以速度V1在前進,因此空氣不會對無人機產生阻力,於是無人機就能夠平穩地懸停。

現在我們來考慮第二種情況:

設想無人機停在車廂外的地面上,它想進入到火車並懸停在車廂中。首先它必須要用大於V1的速度追上火車,然後將速度降低到等於V1,再從窗戶進入車廂內並懸停。

不管是哪一種情況,無人機當下已經穩穩噹噹地懸停在車廂內的空中了。

現在火車轉彎了,情況又會如何?無人機還能在車廂內懸停嗎?

火車拐彎了,火車車廂地板平面隨同軌道相對水平面的角度是α,但無人機卻仍然保持水平狀態。於是,乘客看到無人機傾斜了。

如果只是傾斜倒也沒什麼,此時會有另外一種現象出現。

我們乘坐火車時,會發現火車拐彎時我們乘客有一種被甩出的感覺,這是離心力的作用。由於我們坐在椅子上,我們會自適應地隨同火車一起運動,不會發生什麼問題。

但無人機呢?它可不會自適應,它仍然按原先的直線運動方向在運行,於是我們乘客能看到,無人機傾斜著撞向彎道外側的車廂牆壁。

因此,若無人機還想在車廂內懸停,它必須具有偵測火車拐彎半徑的功能,也隨同火車一起拐彎。

如果火車在不斷地加速和減速,我們會發現無人機在火車加速時向後運動,或者在火車減速時向前運動,並且有可能會撞擊車廂的前後牆壁。

由此看來,無人機不但要能偵測火車的拐彎,還要能偵測火車速度V1的改變數,即dV1/dt ,也即火車的加速度。

另外,火車上坡或者下坡,無人機要麼撞向車廂地面,要麼撞向車廂頂棚。

我們來總結一下題主問題的回答:

1.當火車在平直軌道上作勻速運動時,無人機能夠在車廂內懸停;

2.當火車拐彎、加速或者減速、上坡或者下坡時,無人機必須要偵測火車運行的空間加速度,並作出適當的調整,否則無人機必然會撞擊車廂的前後左右四壁,還有車廂頂篷和地面。

這就是給題主的回答。

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我們來把題主的問題適當加深。

在以上描述中,我們發現在車廂空間中懸停的無人機其實並不屬於火車系統,也就是說,它是另一個運動參照系。

我們知道,當兩個物體分別運動在各自的參照系時,若要把它們綜合起來,就必須要把兩個運動參照系的之間的相對運動也考慮進來。

在上例中,火車參照系相對地面以V1在運動,而無人機參照系相對火車參照系以V2在運動。注意:這裡的V1和V2都是空間矢量。

當火車在平直軌道上作勻速運動時,V2為零;當火車在加減速、上下坡和拐彎時,V2不等於零,它的值要隨同V1一起改變,也即dV1/dt=dV2/dt,只有這樣,無人機才能在車廂內懸停。

提醒:這裡的dV1/dt和dV2/dt是空間矢量的變化率哦。

這叫做運動的相對性。

建議題主去看看《大學物理導論》。別看此書是大學的教材類書籍,其實不深,書中對運動的相對性介紹的很詳細,值得一閱。

一位做畢設的女生私信找我,說她看了這篇問題解答,恰好她的畢設就是這個主題。這位女生問:該如何讓無人機定位?

我告訴她有兩個辦法。

第一個辦法:在火車上的無人機定位點四面貼上坐標紙,並給出定位點。無人機掃描這四張坐標值,即可知道自己偏離定位點有多遠,即可返回定位點即可。

不過,這裡既有掃描精度問題,也有無人機的糾正位置偏差的速度問題,兩者構成了定位精度誤差。

第二個辦法:讓無人機用超聲偵測自己到兩面牆壁、地板和天花板的距離,同時在天花板上配套坐標紙,也能實現定位。

比較難的是無人機的傾斜度,意思就是讓無人機的平面與火車地板平面平行。這樣一來,乘客就不會看見無人機傾斜了。

這涉及到傾斜度偵測和葉輪控制。

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看到許多知友對這個問題提出各種看法和理解,我來仔細說一下。

我們來看下圖:

先來一個重要說明:無人機從A點起飛並在車廂內定點懸停後,是不允許再次降落的,應當一直保持到終點。顯然,這與車廂內的蒼蠅是完全不同的。

也就是說,一旦無人機升空,它就脫離了火車的運動參照系,轉而形成自己的無人機運動參照系。

我們先看左圖,即右側彎道的討論:

圖中下方是直線段,我們設想在A點火車以速度V1勻速直線運行,同時無人機此時起飛懸停在車廂內的空中。設無人機的速度是V2,並且V1=V2。

值得注意的是:V2其實是火車賦予無人機的。因為車廂內的空氣也以速度V1一起前進,因此無人機不會受到空氣阻力,始終保持著V2=V1。

現在,火車來到B點,開始右彎運行,並且火車的速度還是V1。再看無人機,它能隨著火車也走彎道嗎?

我們假設此時的火車沒有頂棚,且不考慮空氣氣流的擾動,我們會發現,無人機走的路徑是直線,圖中就是垂直向上。

原因很簡單:無人機的初速度V2=V1,V2的大小和方向都不會變。在不施加外力的條件下,無人機只能走直線。

因此,此時的無人機必然會撞向火車車廂的左側牆壁。

我們再看右下圖,即上坡道的討論:

當火車上坡時,它的速度仍然是V1。但無人機若沒有外力讓它往上升,同樣因為V2的大小和方向必須是恆定的,則它必然撞向車廂地面。

再看由上圖,即連續彎的下坡道的討論:

由以上討論,我們知道,若沒有外力施加在無人機上,若把火車的頂棚拿掉,則無人機會按直線運動衝出火車車廂飛向空中。

結論:

1.無人機在火車車廂內的懸停條件

由以上討論我們已經知道,無人機想在火車車廂內定點懸停,必須開啟自身的左右方向調節功能和上下方向的調節功能,這樣,才能隨著火車左右拐彎和上下坡。

另外,我們已經假定火車的速度V1始終不變,但這是不可能的。火車會有加速、減速,甚至停車。也因此,無人機若想在火車車廂內定點懸停,則必須具有調節速度的功能。當然,這個功能其實體現在無人機的前後位置調節功能上。

結論1:無人機在車廂內定點懸停的條件是:無人機必須要具有三維調節功能才行。

2.無人機運動參照系與火車運動參照系之間的關係

先說明一下:我對高中到底讀了多少物理知識只有很模糊的概念,並且也不想了解。從知友的評論看,高中生其實讀的知識也挺多的,其中包括了運動坐標系變換。既然如此,這個問題就簡單了,我們用中學知識就足以應付了。

我們來這麼設想,這架無人機的控制程序由我們來設計。

為了讓無人機能夠在車廂內空中定點懸停,我們必須偵測它的三維偏差,然後把它折算到當前無人機的位置上來,再加以調整。

我們設火車前進方向是X坐標,左右方向是Y坐標,上下方向是Z坐標,向前、向左、向上為正方向。

當我們測量到ΔX、ΔY和ΔZ後,要不要計算無人機的運動方程呢?當然是可要可不要。若要,則採用洛倫茨變換是最方便的;若不要,則直接讓無人機用ΔX、ΔY和ΔZ的偏差來作動態調節即可。

由於具體計算會離題太遠,且也不符合主題,故忽略。

3.無人機運動方程的用途

我們假定,我們測量出了偏差,並且給出了無人機的運動方程,那麼有什麼用呢?

有的,無人機事實上已經具備準確測量這條火車線路的地形變化,包括里程、彎道,若輸入起點站的海拔高程,我們還能測量整條線路的海拔高度變化。

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一寫又很多,就到這裡吧。我對這個帖子的關注也到此結束,謝謝大家!


火車如果是慣性系,並且空間封閉(沒有窗外吹進的風),就沒影響。

如果火車是非慣性系(加減速或轉彎),就在慣性系的基礎上增加一個慣性力來抵消。

如果你想搞清楚這個問題,就去查詢「慣性參考系」和「非慣性參考系」這兩個概念,或者看看高中物理,如果你已經上完高中物理還不明白,就算了,這對你也不重要了,而且在上學時你都不想搞明白,想讓旁人給你灌頂,基本不可能。


這個問題有個小trick

如果是初始條件是勻速,那麼是沒有相對移動的,兩個物體都保持勻速前進。如果是初始條件是外部物體加速運動,那其實是分成兩個狀況:

1. 如果你的無人機密度比空氣大,且初始條件靜止的話。無人機會相對外部物體向後移動,如果不人為加速的話,會撞到車的後部後隨著車一起移動。

2..這種情況是最神奇的,假如你的內部物體不是無人機,是氫氣球,由於其密度比空氣小,在車坐加速運動的時候,車內空氣也會向後流動,因為空氣也是有質量的~ 因為後面空氣密度變大,氫氣球自然而然的就會向車頭方向飄~

這個很好驗證,去公園買氫氣球,然後坐公交車,等公交車剎車的時候最明顯,你明顯感覺你是往前沖的節奏,而氣球卻會向後飄~


這個問題很能體現出答題人的物理素養和功底。可以講得淺顯易懂,也可以講得深不可測。然而我物理素養很差,見笑大方之家,但拒絕民科標籤,謝謝。

問題的根本是,提問者自身的物理水平處於哪個階段,不然貿然回答可能非但解決不了題主的疑惑,反而把事情弄複雜了。高速行駛,和速度有多高關係不大,但是和運動的方式有很有關係。運動可以是弱爆了的勻速直線運動,也可以是變速直線運動,甚至是曲線運動。即使最簡單的理想的勻速直線運動,如果沒有任何外部參考的話,系統內的人是不會感覺得這個系統在做勻速直線運動的,頗有隻緣身在此山中的味道。裡面的東西是怎麼運動的,還是取決於你所選取的參考系,所以有人可以開灰機徒手抓子彈。所以汽車、飛機在設計過程中,做造型設計的時候不用直接把車或者飛機開出去,直接上風洞實驗。


同學們以地球帶著人走的論述顯然是把地球運動當成勻速直線了。事實上不是。地球帶著大家一直在變速(方向)運動。

地球和太陽的引力才發揮了作用。不然引力存在還有什麼意義?


高中物理沒學好,這有啥問得都是迅速直線運動。和靜止有啥區別,你要加上點加速度還有點意思,或者懸浮的是個氫氣球


這個問題勾起了少年時的記憶啊

記得多年前高考刷題,讓根據車內氫氣球運動運動方向判斷汽車加速方向,還有一個變體:根據根據瓶內小氣泡運動運動方向判斷汽車加速方向。

當時給美麗的女同桌講的時候,笑著說這種送分題,不用過腦子。

年輕時候的黑歷史啊,所以到了大學,就再也沒有女同桌了。

等我閑了找這些題的截圖吧。

話說張工,現在高中就講笛卡爾坐標變換和洛倫茲坐標變換了……


在火車上嗑瓜子不扔皮么


你這個問題細究起來,有好多條件沒給。我覺得至少四個方面需要確定。

第一你觀察的角度,即選那個作為參考坐標系。是你自己,還是高速物體。從你的問法來看,大致應該是你自己了。

第二初始條件是怎樣的,是保持相同運動速度(矢量),還是高速運動物體做變速運動,變速運動是否有規律。

第三飄浮狀態是如何產生的,靠空氣浮力、離心力、電磁力、機械力(葉片推動空氣產生的反作用力)等等;不同狀態計算是否處於平衡,處於何種運動的方法不同。

第四外力的影響是否考慮。包括重力,電磁力等等,打個比方落在地球上的你,就算浮在空氣中,排除空氣對流的影響,你也是會隨著地球的自傳而轉動的。

如果不確定,這個問題完全是發散的,影響因素太多,不是簡簡單單可以回答的。

下面你補充的例子倒是好解答些。火車上飄浮一個物體,把它看做跟火車是一個系統,他處於系統內部;你作為參考系,屬於系統外部。系統受力,不改變系統內部的相對運動。

再做以下假設:

1.火車的速度不高到牛頓的慣性定律失效的情況;

2.不考慮空氣的影響(假設為真空)。

那麼如果它速度跟火車一樣,就是靜止的,如果不是就是運動的。

其實分析這麼多,總結起來就是靜止是相對的,運動是絕對的,你想它靜止真的是很難!


想想其實地球一直在高速運動。但鳥類 。。。。。。。


改答案,我高中物理沒學好。

無人機在勻速關窗火車上,火車達到勻速後無人機才起飛,這時候飛機和火車有同樣速度,火車內又沒風,所以無人機就懸停空中了。這時候飛機螺旋槳的浮力和重力平衡,沒其他力了。火車突然加速,空氣也跟著加速,那就是火車後部氣壓大,前部氣壓小,有個向前推的圧力空氣才會向前加速啊。但這個壓差太小了,不足以對慣性那麼大的飛機產生影響,所以飛機沒有受到加速的力,他也不會加速,飛機相對速度就慢了,就好像在火車內後退了。

如果是蒼蠅替換飛機呢?壓差會不會對蒼蠅產生足夠的推力呢?我猜不會,蒼蠅那麼適合飛行,一定會想方設法減小空氣阻力。換做羽毛應該差不多,羽毛在空氣中阻力那麼大,質量又那麼輕。

_………………我是慚愧的分割線………………

以無人機為例。

如果火車窗戶都是關著的,那車裡的空氣和火車是同步的,飛機的運動是與空氣反作用和已空氣為參考系,空氣會裹挾著飛機和火車同步運動,所以給飛機一個懸停的指令,他就懸停在空中了。如果轉彎或者加速呢?也沒影響啊,空氣被火車帶著動,空氣又裹挾著飛機動,空氣壓力因轉彎或加速而產生的壓差變化太小了,飛機太重了感受不到,就好像這種壓差不會被火車上的人感受到一樣。可以做個實驗,水盆里放個木塊,突然加速前推水盆,木塊不會碰到盆壁。

但氣球就不一樣了,轉彎或加速在空氣上產生的壓差會推動氣球運動,高中物理題了。可以做個實驗,用礦泉水瓶裝滿水,留個氣泡,平放,突然向前運動,氣泡應該是向前的。這就是水的壓差對氣泡的作用,就像空氣壓差對氣球的作用一樣。

如果火車的窗戶全開呢?那空氣和火車就不是一體的了,可以考慮窗戶外飛了個飛機,這就很簡單了。


首先感謝張工,能回答得如此詳細,深入淺出.感覺再加補充只能是畫蛇添足,所以就不擴展回答了.免得貽笑大方

然後這個問題根本不需要問自己試一下不就可以了,火車飛機沒條件難道題主你沒坐過汽車.

總的來說還是作業量不夠


張老師已經把高速運動物體及其內部漂浮物的幾種情況逐一分析了。主要有以下幾種

運動速度變化:靜止、勻速、加速、減速;

運動路線變化:直行、曲線

那我從力的角度嘗試分析

問題研究的是一個漂浮物在高速運行物體的內部的運動情況。

至少涉及以下知識:

1、相對運動

2、慣性

3、加速度

4、流體力學

5、引力(重力)

6、浮力

為了簡化問題,暫時把無人機換成氣球。分析思路為逐一增加影響因素,分析其運動狀態

1、氣球和火車相對靜止,影響因素為浮力和重力

2、火車運動發生變化,增加的影響因素為慣性

3、增加空氣流動造成的影響,增加的因素為流體力

4、把氣球換成四軸無人機,簡單的流體作用力變為複雜流體力

5、把地點改為太空,改變引力因素

1.1漂浮的氣球受到的重力和浮力剛好相等。

因此氣球在靜止的火車裡,相對於該火車來說,其運動狀態也是靜止的。

1.2閉窗的火車視為空氣相對靜止,勻速運動下閉窗火車中,氣球受到的重力和浮力相等,則相對於火車來說,氣球也是靜止的。

2.1當閉窗的火車均勻加速,氣球收到的力為重力、浮力,以及保持原靜止的慣性,因此氣球相對於火車來說,呈向後方運動,直到被火車尾部擋住為止。其運動速度與火車加速度成正比。

2.2火車速度、方向發生變化的其他情況中,情況同2,氣球因想要保持變化之前狀態的慣性,發生相對應的運動。

3.1閉窗火車靜止或者勻速運動時,突然在氣球前方開一個窗戶,由於額外受到空氣流動帶來的推力,相對於火車來說,氣球開始向風吹來的,即車輛行駛反方向運動(真實火車窗戶全開時空氣力學非常複雜,暫時不考慮多個窗戶等複雜情況),其運動方向和速度受空氣流動速度和方向影響。

3.2開窗的火車運行速度和方向發生變化,氣球受慣性影響,會產生變化,但相對於空氣流動帶來的推力來說太小,可以忽略不計。

4.1閉窗的火車中,無人機相對於火車的運動狀態為靜止或者改變時,情況參考1.1、1.2、2.1、2.2

4.2、閉窗火車靜止或者勻速運動時,突然在懸停的無人機前方開一個窗戶,或者開窗的火車運動狀態發生變化時,情況參考3.1、3.2。但是無人機的重量和風向改變影響無人機的升力,情況會更複雜,具體可參考大風中無人機的表現。

5.1、太空中封閉空間內無人機升力大於重力,相對於空間站來說,無人機會向正上方不斷運動,直到遇上障礙。

5.2開窗(防止飛走,假設在鐵絲網中)的空間站中無人機因為沒空氣,所以我也不知道該咋運動。大牛可以幫忙解答一下。

以上


高中物理題呀,正好物理還不錯,來答一答,牛頓三定律第一條是慣性定律,即物體在合外力為零情況下將保持原有狀態運動。對無人機而言,如果其初始速度等於火車速度,也就是懸浮狀態,火車內空氣速度等於火車速度等於無人機速度,f阻=k(v相對)的平方,v火=v空氣=v無人機,v相對=v無人機-v空氣=0,f阻力=0,既然是懸浮,那麼重力=升力,處於合力為零狀態,符合慣性定理,也就是勻速直線運動,根據x=v無人機t-v火車t,x為相對位移,t為運行的時間,簡單計算就知道x=0,也就是表明無人機與火車相對位移為靜,也就是相對靜止,也就是一致向前


你就想啊,在時速達400km的列車上有一隻不幸的蚊子,它根本不敢在車廂中垂直飛起來,因為如果它飛起來的話,那它的時速就是400km!!!沒有哪一隻蚊子可以達到的速度,它卻達到了,為什麼?!!!

運動是相對的啊,年輕的題主呦。


我就開門見山一點。

如果漂浮物是從車內升起的,那從外面看無疑是跟著車勻速地一致前進(即相對靜止)。

如果是外來闖入又迅速漂浮的物體(至於怎麼進來的姑且不管),那麼就等著車禍吧。


首先感謝各位的回答,尤其張老師具體而又淺顯易懂的回答,下了不少功夫,讓我這個菜鳥都看得懂,作為一個高中文科生,絕對是名副其實的菜鳥哈。提出這個問題本意其實很簡單,無非就是在生活中遇到的,思索的現象或疑惑,想要得到答案罷。所以,十分感謝所有人的回答,有些問題確實沒想過,還請各位包容。


如果是無人機........你會發現.......

1如果是老的不帶視覺定位的飛行器,火車內一般都是沒有gps信號而且就算有也是指南針干擾不會在gps模式,火車在加速的時候,飛行器會往後炸,火車在減速的時候,飛行器會往前炸........

2如果是新的,比如p4,mavic這些,無論是加速還是減速,飛行器都能頂住,因為1沒有gps,2視覺定位可用,但是如果列車亮度過暗會出現定不住,變成了1的情況

3比如p3這些半新不新的,飛不起來,提升指南針干擾

4小米,yuneec,沒有gps信號飛不起來....


回答這個問題還要看你是否考慮空氣浮力。

如果你用無人機做實驗,那麼可以忽略空氣浮力,那麼就可以看張老師的那篇回答。

如果你用氣球,空氣浮力無法忽略,那麼還有另一種情況:

比如,勻速行駛的火車向右急轉彎,氣球的話會有撞向列車前進方向的右側的趨勢。如果靜止列車開始做勻加速運動,會在向後飛行一段時間之後停下並開始向前飛,隨後會有前後波動但最終會停在一個較之於原始位置略靠前的位置上。同理,如果列車是上下坡,氣球會在上下波動一段時間之後停下來。

要解釋這個問題就要用到廣義相對論的等效原理:時空區域的一點內的引力場可用相應的局域慣性參考系去描述。

通俗一點講就是,比如列車忽然向右急轉彎,你會感覺椅子對你有一個向右的壓力,但是如果你是閉著眼睛的,你是無法判斷出這個壓力是由於列車向右轉彎造成的,還是列車左側忽然出現了一個引力源造成的——雖然後者在地球上不太可能發生。

因此,由於氣球是靠引力-浮力平衡才懸浮在某一個位置的,當左側出現了引力源之後,會導致左側的空氣被壓縮變得密度更大而右側不變(有外界空氣補充),因此會使得氣球左側的浮力大於右側,會推動氣球向右飛。

加減速和上下坡同理。


題主可以觀察一下某些司機在車前掛的平安符之類掛飾,在車不同運動狀態下的反應,想像一下要是沒那根掛著的繩子會怎麼樣


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