艦載機著艦是慣性現象嗎?

莫 濱

(南京市第十八中學,江蘇 南京 210022)

隨著我國軍事工業的不斷發展,航母陸續建成、入列,為弘揚主旋律,多地中考物理試題緊跟軍事熱點,命制了與艦載機著艦相關的試題.這類試題都以慣性作為考查的知識點,但是命題中失誤頗多,現選取部分試題予以討論.

1 問題由來

例1.(2018年山東省臨沂市卷第24題)2018年5月13日清晨,我國首艘國產航母離港海試,向作戰艦艇邁出關鍵一步.當艦載機在甲板上著陸時,由于________會繼續向前滑行,需要借助阻攔索的拉力才能盡快停止,說明力的作用效果是________.甲板上的工作人員要佩帶有耳罩的頭盔是為了在________防治噪聲.

本文只討論第一空,參考答案:慣性.

2 生活實例

物理學中,慣性是物體保持靜止或勻速直線運動狀態的性質.為了討論此題,我們先舉一些生活中常見的實例.

例2.跳遠運動員,起跳后在空中能繼續向前.

這是慣性現象.具體解釋如下:該運動員起跳后,在水平方向上沒有向前的動力,該運動員由于慣性,在水平方向上要保持原來的運動狀態,繼續向前,至于能不能保持住原來的速度大小,另當別論.若考慮空氣阻力,在水平方向上做減速運動.可見,我們在闡述慣性現象時,通常要說明一下物體原先是運動還是靜止,當某些條件發生變化,物體運動狀態應該發生改變,但是由于慣性,要保持原來的運動(或靜止)狀態,結果怎樣.這也是通常教師傳授給學生的答題“套路”.

例3.在平直公路上做勻速、減速、加速運動的汽車.

我們先分析其中的勻速運動,通常著眼于其受到的阻力和牽引力是一對平衡力.誠然,由于平衡力不改變物體運動狀態,我們說物體由于慣性保持勻速直線運動也未嘗不可.如果關閉發動機,任其熄火空擋滑行(危險,切勿模仿),或者踩住剎車,汽車都將做減速運動,此時尚能繼續向前一段距離,這肯定適用慣性來解釋.至于加速運動,參見例4.

例4.飛機在跑道上起飛的全過程.

飛機是在做加速運動.離地瞬間,地面阻力瞬間消失,空氣阻力基本不變,是典型的加速運動,與例2的跳遠有本質區別,所以飛機起飛與慣性問題無關.

例5.飛機在機場著陸.

飛機如果關閉動力、不采取制動,飛機會向前滑行很長的距離才能停下,這可以用慣性解釋.著陸速度過大,飛機減速距離就會增加,為了縮短減速距離,安全著陸,通常著陸減速方法有兩種,一種是利用氣動阻力減速;另一種是通過剎車利用地面摩擦減速.[1]具體做法是利用機輪剎車、減速傘、阻力板、飛機發動機反向推力等.[2]

3 著艦分析

航母飛行甲板長度僅為陸地機場的1/10,有效著陸區域只有近百米,意味著不能采用陸地飛機低速入場方式減速下滑,必須通過勾掛攔阻索在2～3 s內減速至靜止狀態.艦載機在白天有5%的概率掛不住攔阻索,在夜間著艦則有15%～22%的失敗概率.一旦掛索失敗,飛行員必須立刻“逃逸”(復飛)后重新著艦.

故艦載機在航母甲板上需要高速下滑,以防沒有被攔阻索勾住時,能夠加速起飛,避免栽到海里.[3]至于掛索失敗,又無法復飛,就要靠阻攔網來強制攔阻著艦,這種方式,會損害發動機罩或機翼.[4]

上述艦載機著艦的高速降落,實際上是加速降落,[5]名為降落,本質同例4的加速起飛,故其著艦后能夠繼續向前顯然與慣性無關.例1錯誤原因,在于命題者將艦載機著艦當成了飛機場著陸.為了進行比較研究,筆者查找了涉及艦載機著艦的一些往年中考試題.

例6.(2013年福建省廈門市卷第15題)……殲-15被攔阻索勾住瞬間,由于________,飛行員身上的血液向頭部涌去,眼前出現“紅視”現象.

例7.(2013年福建省福州市卷第18題)……殲-15降落著艦后,雖受阻攔索作用并關閉發動機,但飛機仍會向前滑行一段距離,這是因為殲-15具有________.

例8.(2014年廣西省貴港市卷第13題)……艦載機往航母甲板上降落后仍然繼續高速滑行,這是由于________的緣故.

例9.(2013年江蘇省揚州市卷第16題)……艦載機著艦后由于________繼續高速運動,所以必須適時放下著艦鉤,鉤住甲板上的攔阻索,達到強行減速目的……

例6-9的參考答案均為慣性.具體分析如下:例6正確,其中強調了關鍵詞“勾住”,則飛機所受力為非平衡力,阻力逐漸加大,飛機還能減速向前,當然屬于慣性問題.例7強調了“受阻攔索作用”,其后還能向前滑行,是慣性問題,正確;但“關閉發動機”實屬畫蛇添足,將這幾個字去掉即可.例8、9,命題者將之歸結為慣性問題,應該是當作例7中的“關閉發動機”考慮了.命題者將艦載機著艦時主動的加速運動,當作在水平方向上只受阻力作用時的減速運動.這種觀點在例1中體現得尤為明顯,例1中“才能盡快停止”,按照字面的理解,不加攔阻索也能“停止”,只不過慢一些而已,加了攔阻索“才能盡快”.可見,例1、8、9對著艦的理解均是錯誤的.

4 修訂建議

那么這些錯誤試題如何修訂呢?以例1為例,筆者建議修改為“……當艦載機在甲板上著陸時,由于________(參考答案:推力大于阻力)會繼續向前滑行,需要借助阻攔索的拉力才能停止,……”但是這種修訂方式是基于命題者和學生都知道艦載機是加速著艦,或者加速著艦問題在試卷中已經作為背景知識予以介紹,顯然這種修訂方式,不太現實.故另一種建議參照例7,修改為“當艦載機在甲板上著陸時,受阻攔索的拉力后,飛機開始減速但還會繼續向前滑行一段距離,這是因飛機具有________,(參考答案:慣性)……”