舰载机着舰是惯性现象吗?

莫 滨

(南京市第十八中学,江苏 南京 210022)

随着我国军事工业的不断发展,航母陆续建成、入列,为弘扬主旋律,多地中考物理试题紧跟军事热点,命制了与舰载机着舰相关的试题.这类试题都以惯性作为考查的知识点,但是命题中失误颇多,现选取部分试题予以讨论.

1 问题由来

例1.(2018年山东省临沂市卷第24题)2018年5月13日清晨,我国首艘国产航母离港海试,向作战舰艇迈出关键一步.当舰载机在甲板上着陆时,由于________会继续向前滑行,需要借助阻拦索的拉力才能尽快停止,说明力的作用效果是________.甲板上的工作人员要佩带有耳罩的头盔是为了在________防治噪声.

本文只讨论第一空,参考答案:惯性.

2 生活实例

物理学中,惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质.为了讨论此题,我们先举一些生活中常见的实例.

例2.跳远运动员,起跳后在空中能继续向前.

这是惯性现象.具体解释如下:该运动员起跳后,在水平方向上没有向前的动力,该运动员由于惯性,在水平方向上要保持原来的运动状态,继续向前,至于能不能保持住原来的速度大小,另当别论.若考虑空气阻力,在水平方向上做减速运动.可见,我们在阐述惯性现象时,通常要说明一下物体原先是运动还是静止,当某些条件发生变化,物体运动状态应该发生改变,但是由于惯性,要保持原来的运动(或静止)状态,结果怎样.这也是通常教师传授给学生的答题“套路”.

例3.在平直公路上做匀速、减速、加速运动的汽车.

我们先分析其中的匀速运动,通常着眼于其受到的阻力和牵引力是一对平衡力.诚然,由于平衡力不改变物体运动状态,我们说物体由于惯性保持匀速直线运动也未尝不可.如果关闭发动机,任其熄火空挡滑行(危险,切勿模仿),或者踩住刹车,汽车都将做减速运动,此时尚能继续向前一段距离,这肯定适用惯性来解释.至于加速运动,参见例4.

例4.飞机在跑道上起飞的全过程.

飞机是在做加速运动.离地瞬间,地面阻力瞬间消失,空气阻力基本不变,是典型的加速运动,与例2的跳远有本质区别,所以飞机起飞与惯性问题无关.

例5.飞机在机场着陆.

飞机如果关闭动力、不采取制动,飞机会向前滑行很长的距离才能停下,这可以用惯性解释.着陆速度过大,飞机减速距离就会增加,为了缩短减速距离,安全着陆,通常着陆减速方法有两种,一种是利用气动阻力减速;另一种是通过刹车利用地面摩擦减速.[1]具体做法是利用机轮刹车、减速伞、阻力板、飞机发动机反向推力等.[2]

3 着舰分析

航母飞行甲板长度仅为陆地机场的1/10,有效着陆区域只有近百米,意味着不能采用陆地飞机低速入场方式减速下滑,必须通过勾挂拦阻索在2～3 s内减速至静止状态.舰载机在白天有5%的概率挂不住拦阻索,在夜间着舰则有15%～22%的失败概率.一旦挂索失败,飞行员必须立刻“逃逸”(复飞)后重新着舰.

故舰载机在航母甲板上需要高速下滑,以防没有被拦阻索勾住时,能够加速起飞,避免栽到海里.[3]至于挂索失败,又无法复飞,就要靠阻拦网来强制拦阻着舰,这种方式,会损害发动机罩或机翼.[4]

上述舰载机着舰的高速降落,实际上是加速降落,[5]名为降落,本质同例4的加速起飞,故其着舰后能够继续向前显然与惯性无关.例1错误原因,在于命题者将舰载机着舰当成了飞机场着陆.为了进行比较研究,笔者查找了涉及舰载机着舰的一些往年中考试题.

例6.(2013年福建省厦门市卷第15题)……歼-15被拦阻索勾住瞬间,由于________,飞行员身上的血液向头部涌去,眼前出现“红视”现象.

例7.(2013年福建省福州市卷第18题)……歼-15降落着舰后,虽受阻拦索作用并关闭发动机,但飞机仍会向前滑行一段距离,这是因为歼-15具有________.

例8.(2014年广西省贵港市卷第13题)……舰载机往航母甲板上降落后仍然继续高速滑行,这是由于________的缘故.

例9.(2013年江苏省扬州市卷第16题)……舰载机着舰后由于________继续高速运动,所以必须适时放下着舰钩,钩住甲板上的拦阻索,达到强行减速目的……

例6-9的参考答案均为惯性.具体分析如下:例6正确,其中强调了关键词“勾住”,则飞机所受力为非平衡力,阻力逐渐加大,飞机还能减速向前,当然属于惯性问题.例7强调了“受阻拦索作用”,其后还能向前滑行,是惯性问题,正确;但“关闭发动机”实属画蛇添足,将这几个字去掉即可.例8、9,命题者将之归结为惯性问题,应该是当作例7中的“关闭发动机”考虑了.命题者将舰载机着舰时主动的加速运动,当作在水平方向上只受阻力作用时的减速运动.这种观点在例1中体现得尤为明显,例1中“才能尽快停止”,按照字面的理解,不加拦阻索也能“停止”,只不过慢一些而已,加了拦阻索“才能尽快”.可见,例1、8、9对着舰的理解均是错误的.

4 修订建议

那么这些错误试题如何修订呢?以例1为例,笔者建议修改为“……当舰载机在甲板上着陆时,由于________(参考答案:推力大于阻力)会继续向前滑行,需要借助阻拦索的拉力才能停止,……”但是这种修订方式是基于命题者和学生都知道舰载机是加速着舰,或者加速着舰问题在试卷中已经作为背景知识予以介绍,显然这种修订方式,不太现实.故另一种建议参照例7,修改为“当舰载机在甲板上着陆时,受阻拦索的拉力后,飞机开始减速但还会继续向前滑行一段距离,这是因飞机具有________,(参考答案:惯性)……”