孔明燈中國古代飛行器

2023-08-30 11:52:54

科學大觀園 2023年17期

孔明燈，又叫天燈，俗稱許愿燈、祈天燈，是一種古老的漢族手工藝品。

孔明燈在古代，多做軍事用途。現代人放孔明燈，多作為祈福之用。男女老少親手寫下祝福的心愿，象征豐收成功，幸福每一年。

對于孔明燈的原理探索，可以追溯到西漢時期淮南王劉安（前179—前122）所著的《淮南萬畢術》。書中有“艾火令雞子飛”的記載，意思是，將燃燒的艾火放進雞蛋殼內，可以使蛋殼飛起來。《淮南萬畢術》主要記載各種各樣的人為和自然現象，特別是通過人為努力可以實現的看上去有悖常理的現象，是了解我國古代物理、化學研究的重要文獻。中科院物理學史專家洪震寰先生對此做了實驗和計算驗證，認為即便是抽成真空，蛋殼也不可能在空氣中飛起來。不過，這一記載倒是可以表明，在西漢時期已經有人開始關注和探索熱空氣升空的問題。

簡而言之，理解孔明燈的原理有三個基本點：

一是熱脹冷縮原理。點燃松脂后，燈內的空氣受熱膨脹，熱空氣上升，冷空氣下降，位于燈內底部的冷空氣因熱空氣膨脹被擠出到燈外，燈內空氣質量減少，燈的總重力，也即燈和燈內空氣的重力之和就會減小。燈內溫度越高，空氣膨脹得就越厲害，被擠出到燈外的冷空氣就越多，總重力也就越小。

二是阿基米德原理，物體在空氣中受到的浮力等于其所排開的空氣重力之和。孔明燈能排開多少空氣，它就受到了多大的浮力。孔明燈體積越大，在空氣中受到的浮力也就越大。

三是牛頓慣性定律，任何物體都保持勻速直線運動或靜止狀態，除非有外力迫使它改變運動狀態。在孔明燈上作用著兩個力，一個是燈外空氣給予孔明燈的向上的浮力，另一個是向下的孔明燈的總重力。由于大氣層內空氣密度自底向上逐漸降低，因此如果孔明燈受到的浮力大于總重力，則燈在空氣中上升；如果孔明燈受到的浮力小于總重力，則燈在空氣中下降；如果孔明燈受到的浮力等于總重力，則燈在空氣中的高度保持不變。

綜合以上三點，隨著燈內松脂被點燃，燈內空氣持續被加熱，燈內空氣溫度不斷升高，熱空氣逐漸膨脹，冷空氣不斷被擠出，總重力不斷減小，一旦作用在燈上的浮力大于總重力，孔明燈就會在空氣中冉冉升起。

燃放注意事項：

孔明燈多由紙質燈罩或化纖布料加工制成，通過點燃固體或液體燃料放飛，升空后火焰溫度極高，屬于明火，外焰溫度高達300℃，燃燒后飛行高度可達千米，飛行距離可達十數公里。如肆意放飛，一旦風力、風向不穩，極易威脅飛行器、高壓供電設備、通信設施、山林、燃氣站以及各類建筑物安全。

1.孔明燈制作工藝不復雜，由于燈罩是紙質的，所以很容易破損。放之前檢查孔明燈是否有破損，發現有破損，請用紙粘好。

2.下雨時容易將燈體淋濕導致無法放飛，應選擇在無風晴朗的天氣，大風和雨雪天氣都會使孔明燈的放飛不成功。

3.不要在多草木樹木的地方、城區樓區居民區、機場方圓5公里范圍內、高壓線附近，在倉庫、軍事禁區附近，以及加油站、油庫等易燃物附近進行燃放，避免發生事故。