也许到目前为止最贵的安全气袋是美国国家航空航天局为“开拓者”号探测器设计和安装的安全气袋，花费了约500万美元。

为什么“开拓者”号在火星上需要安全气袋呢？尽管火星上不存在高速行驶的交通工具会与“开拓者”号发生碰撞，但它在着陆时会与火星表面发生碰撞。火星的重力引力会将探测器急速吸引到行星表面。降落伞和制动减速火箭系统能够使下降的探测器减慢速度，但是为了保护以65英里／小时（104.6千米／小时）速度着陆的探测器，仍然需要4个半径为8英尺（2.4米）的安全气袋。

“开拓者”号在与火星表面的碰撞中延长了时间而成功地着陆，并且减少了探测器所感知的碰撞力。动量守恒什么是动量守恒？根据动量守恒，整个宇宙的动量总值是固定不变的。在宇宙中动量不会增加也不会减少，只会从一个物体转移到另一个物体上。

比如说，当一个质量为50千克的滑冰者以2米／秒的速度滑行时，他的动量为100牛顿·秒。如果另一个滑冰者在冰上呈静止状态，这个人的动量为0牛顿·秒。这两个人共有的动量为100牛顿·秒。不管他们是否会发生碰撞，动量的总值保持不变。100牛顿·秒的动量可以在两个人之间转移。如果滑行的人撞到了静止状态的人，他的部分动量就会被转移到静止的人身上。碰撞的类型决定了每个人身上不同的动量。

滑动的人将失去一部分动量，因为这部分动量被转移到静止者身上，然而这两个滑冰者动量的总和仍是100牛顿·秒。火 箭火箭如何利用动量守恒定律？发射火箭是反冲和动量守恒的例子。在发射时，火箭燃烧燃料并排出气体，为什么宇宙飞船不能使用推进器或传统的飞机喷射器？火箭不能使用推进器或飞机喷射器是因为这些机械加速时需要推动空气，但是在太空中没有空气。

火箭不需要推动空气是因为它们依靠宇宙飞船内部燃料爆炸所引起的作用力和反作用力。当火箭内的气体加速排出时，火箭也同时获得了向上的加速度。因为火箭以很快的速度排出气体，因此气体具有动量。牛顿第三定律和动量守恒定律规定火箭必须具有相等的、相反方向的力和动量。

既然火箭比排出的燃料气体有更大的质量，火箭向上发射的速度要比气体的速度慢一些。火箭向上加速最终获得最大速度，这其中有两个原因。首先，在燃料还在燃烧时，火箭中的燃料在减少，这减少了火箭的质量，使其速度加快。

第二，燃烧的燃料也提供了持续的动力，当火箭发动机燃烧时，它就获得了越来越快的速度。一旦火箭离开了地球的大气层，它就进入了没有空气阻力的环境，此时，它就可以关闭火箭，以恒定的速度行进了。在太空中怎样操纵火箭？因为太空中没有空气，因此在操纵火箭时，机翼和副翼并没有起到什么作用。比如说，航天飞机只在重新返回地球大气层时才使用这一设备。在外太空，航天飞机启动不同的火箭-推进器，工作的原理与传统的火箭相似。

推进器点燃的方向与航天飞机移动的方向相反。如果航天飞机想要减速的话，推进器就向前方发射，给航天飞机向后的动量和加速度。反 冲开枪时反冲是怎样引起的？火药的爆炸产生了强大的力量使子弹加速从枪管中射出。根据动量守恒定律，子弹的动量必须与枪的动量相等，方向相反。

尽管枪和子弹的动量总值是相同的，但是与子弹相比，质量较大的枪移动的速度要慢很多。而且，它以较慢的速度移动，不会产生足够大的动量使射手受伤。射手如何减少受到步枪反冲力伤害的危险？在射击时，避免受到反冲力伤害的方法是用步枪紧紧地抵住肩膀，并用双手握紧步枪。通过这种方法，枪和人就成为一体，人的质量就成为这个整体的一部分。

根据动量守恒定律，枪和子弹的动量必须相等，枪和人一体时的质量大于枪本身的质量，枪在受到反冲力作用时的速度就会减小。抛射体运动什么是向量，它的作用是什么？向量是大小（数量）和方向的量。

比如说，速率就是一个向量。速度则不是向量，而是一个标量。因为速率除了包括速度之外还包括方向，比如向北40英里／小时（64.4千米／小时）。当描述物理现象或解决物理问题时，画图能使问题的描述更为容易。如果问题中的某个变量涉及运动，向量就可以被用来描述这个运动。

我们可以画一个箭头，箭头的长短表示大小，而箭头的方向表示向量的方向。比如说，如果一辆汽车向东以55英里／小时（88.5千米／小时）的速率行进，我们就可以用向量来描述这一运动。

箭头的长度代表速度为55英里／小时，而箭头的方向则是朝东的。物理学中向量被用来描述各种形式的物理运动和力。物理学中经常使用向量吗？尽管数百年时间里，人们使用了很多方法描述与现代向量相似的物理参量，但是直到1个世纪以前，英国数学家才发展了我们如今所知道的向量这一概念。奥利弗·亥维赛（Oliver Heavyside）简化和发展了用来描述运动的现代向量概念。在解决简单和复杂的物理问题方面，他的研究有极大的帮助作用。

水平射出的子弹和以同样高度下落的子弹，哪个先到达地面？这是给物理初学者提出的一个著名的问题。其中比较典型的回答是下落的子弹先到达地面，因为它与地面之间的距离小。尽管这个答案看起来合乎逻辑，却不是正确的答案。事实上，这两颗子弹将同时落地。所有的物体受到万有引力的作用，以9.8米／秒2的加速度增速。

这意味着所有物体以同样的速度下落。如果一颗子弹除了具有一个水平速率外，还具有由重力引起的向下的加速度，它会在向前运动过程中下降-但是它仍然以9.8米／秒2的加速度下降，与同样高度下落的子弹有相同的加速度。

所以两颗子弹会同时落地，所不同的是，水平射出的子弹还会以水平方向行进一段距离。左面的频闪观测器照片展示了两个球体的下落图片，其中一个是自由下落的球体，而另一个是在下落的同时还具有水平速率的球体。请注意每个拍摄的瞬间，两个球下落的距离是相同的。

投掷炸弹的最好时间是什么时候，是在击中的目标之前、目标之上，还是越过了目标之后？投掷炸弹的最好时间是在目标之间有一个预先确定的距离。尽管炸弹呈下降状态，但是根据惯性定律，在炸弹下降的同时，它还具有与投射炸弹的飞机相同的向前行进的速率。因此，为了让炸弹能准确地投射到目标上，炸弹必须在击中的目标之前一定距离处投掷。采用什么角度才能达到最大射程？如果没有空气阻力，大炮的最佳发射角度是45°。

这个角度提供了最大的射程，因为它是炮弹的水平路径和垂直路径所成角度的正中位置。水平路径是炮弹被发射后水平方向所行进的距离，而垂直路径是炮弹发射上升到一定的点后下降时所行进的竖直方向的距离。水平分力给炮弹足够的向前的运动，而垂直分力给炮弹足够的高度让其短暂地停留在空气中。空气的阻力对炮弹的下落路径产生怎样的影响？在炮弹的运动过程中，空气阻力是一种摩擦力。

如果考虑到正常的空气阻力（没有风），能达到最远射程的最佳角度是水平向上35°。轨 道为什么物体可以沿某一轨道绕地球旋转？正如牛顿所描述，如果给炮弹足够的水平或侧面速率，它也可以绕地球旋转。由于万有引力的作用，所有的物体不断地向地球表面下落。然而，如果给炮弹一个巨大的水平方向的力，它的下落运动就会与一个水平方向的运动相结合。在它下落之前，就会实现与地球的表面成曲线的运动。

如果炮弹持续运动，它就会沿着特定的轨道绕地球旋转。实际上，炮弹或任何人造卫星都会不断地向地球下落，同时又不断地错过与地球的相撞。航天飞机是绕地球旋转还是朝地球下落？在上一个问题中我们已经阐述了航天飞机与炮弹一样，也不断地向地球下落。但这里有一个例外。航天飞机与炮弹相同，在自由落体的过程中，有一个非常大的水平速率。

尽管航天飞机不断向地球下落，但是强大的水平速率使它在撞击地球之前以曲线绕地球表面行进，因此它总是能错过与地球的相撞。这种朝向地球下落而又不能撞击地球的运动叫做绕地球旋转。当宇宙飞船绕地球旋转时，宇航员真的处于无重力状态吗？当人从高处（比如梯子上）跳下时处于自由落体状态，在下落到地面以前，他都是无重力的。

在宇航员处于自由落体运动时，重力仍然作用在他们身上。但是因为没有地面或者其他支撑结构支撑起宇航员，所以他们感觉像是没有重力一样。因此，即使是处于自由落体运动时，如果感觉不到重力就意味着没有重力。如果你不理解这个观点，可以设想自己正在下落，下落时将秤放在脚下，秤上显示的数字是零。

如果使棒球绕地球旋转，需要多快的击打速度？使棒球绕地球旋转是不可行的，因为空气阻力、高建筑物以及山脉会起到阻挡作用。然而，如果不考虑空气阻力、自然阻碍和是否有人能将球以此速度投出等问题，棒球是能够以1.78万英里／小时（7.9千米／秒）的速度行进的。

在这种速度下，棒球可以绕地球旋转大约84分钟。航天飞机绕地球旋转时海拔高度是多少？为了使航天飞机更有效率地绕地球旋转，它必须要避免地球大气层的空气阻力。因此，航天飞机和大多数的人造卫星在海平面上空约200千米绕地球旋转。在这个海拔高度，航天飞机绕地球旋转一周需要一个半小时。要改变这个时间是非常困难的，因为重力在其中起到了决定性的作用。

如果航天飞机减慢飞行速度，它就没有足够的水平速率。在这种情况下，它就会撞击到地球的表面。而另一方面，如果航天飞机有更大的速率，它就会以椭圆形的轨道行进。如果速率再大一些的话，它会以抛物线形的运动轨迹远离地球飞向太阳系。什么是逃逸速度？为了离开地球飞向太空，航天探测器必须在短时间内达到2.5万英里／小时（11.2千米／秒）的速度。

任何想离开地球轨道的物体必须达到这个速度，这个速度被称为逃逸速度。如果一个航天探测器在绕地球旋转过程中达到了这个速度，它就具有足够的能量来克服地球引力。这时，航天探测器就会像弹弓上的石子一样实现抛物线形的运动轨迹。在太阳系中要“逃离”其他行星，物体要达到的逃逸速度是多少？