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这不是发生在每个人身上吗？你正在朋友的婚礼上，打开庆祝香槟瓶是你的工作。这一切都很好，你对自己说，但只是开启它是如此过时。相反，你抓住脖子上的瓶子，把它扔到墙上。什么，那没有发生在你身上？嗯这件事发生在这个家伙身上
在臀部，是吗？也许在车钥匙或iPhone？那会受伤。
但它伤害了多少？为了解决这个问题，我求助于Gabriel Xu博士，他是亨茨维尔阿拉巴马大学推进研究中心的等离子体物理学家。我为什么要求火箭科学家帮助我 逆 家庭作业？让我们说一下，当你的香槟从派对燃料变成瓶子推进剂时，一个火箭科学家是合适的人。
瓶子撞到墙壁的那一刻，就变成了火箭。这可能听起来很宏大，但完全 - 如果迂腐 - 是正确的。正如NASA解释的那样：
“火箭队的工作是一项名为牛顿第三运动定律的科学规则。英国科学家艾萨克·牛顿爵士列出了三项运动定律。他在300多年前就这样做过。他的第三条法律规定，对于每一个行动，都会有一个相同而相反的反应。火箭推开它的尾气。排气管也推动了火箭。火箭向后推动排气。排气使火箭向前移动。“
在我们的例子中，二氧化碳和液体勇气的混合物冲出瓶子，向前推动瓶子。在物理术语中，瓶子上的力和推进剂上的力构成了“动作 - 反应对”。在典型的物理方式中，我们从此忽略了重力和空气阻力。
涉及的数学只比这稍微复杂一点：
火箭队服从火箭方程，看起来像这样
哪里 F 代表武力， v 代表速度，和 DM / DT 代表随着时间的推移质量的变化。这个等式只是说火箭上的力等于质量乘以排气速度的变化 - 在我们的例子中是二氧化碳。
这是我被卡住的地方。对我来说，如何计算并不是很明显 v 和 DM / DT 。但徐博士是钱。我们算一算 v 用伯努利方程式，它简单地表达了流体流动的能量守恒定律。顺便说一句，伯努利方程的一个常见用途是解释翼型如何工作 - 这有一些问题。
伯努利方程式如下所示，左侧的术语是指瓶中的二氧化碳，右侧的术语是指离开瓶子的酒精火箭酱：
这看起来很讨厌，但它真的很简单。双方的第一个任期只是压力。第二项是流体的动能。在左侧，我们将其设为零，因为瓶中的液体不会相对于瓶子移动。这让我们解决退出速度， v ，我们的香槟。
同 v 我们也可以计算 DM / DT 。我们需要知道的是，在任何给定时间，瓶子开口处的质量是多少。这只是气体的密度乘以瓶颈时间的横截面积 v 。普雷斯托。
如果我们做出一些假设，我们就可以计算出来 F 没问题。这是徐博士建议的数字。瓶装香槟在六个大气压下，而气氛（不出所料）在一个大气压下。香槟的密度接近水的密度 - 每立方米1,000千克。瓶颈直径为25毫米。
“使用这些假定的数字，我获得了15.6牛顿的推力，”徐在一封电子邮件中写道。如果你还记得高中物理，你就会知道牛顿是以每秒1米/秒的速度加速1千克质量所需要的力量。但是，徐说，“这不是一个真正有用的数量。相反，我们可以看看瓶子在撞击时所承受的动力。“
对于我们的目的来说，动量是一个很好的和具体的数量，因为它捕获了“魅力” - 和“哎哟” - 比力更好的冲击力。但与力量不同，动量没有一个方便命名的单位;它只是以千克米/秒或kgm / s来衡量。从单位可以看出，动量恰好等于质量乘以速度。
来自徐博士的更多数字：“750毫升葡萄酒瓶约0.9千克，750毫升水/香槟0.75千克。”由此我们可以部署良好的'牛顿第二定律， F = ma ，计算加速度，结果是每秒每秒9.45米。
“在视频中，看到瓶子撞到那个人后约0.5秒，撞到物体并变成火箭，”徐写道。假设初始速度为零，“然后在0.5秒后，瓶子以4.73米/秒的速度撞击。假设瓶子在那段时间内失去一些液体并且只剩下1.5公斤。因此，撞击的动量为…… 7.1 kgm / s。“
嗯，你说的一切都很好，但我怎么理解呢？别担心，徐医生让你回来了。
“为了比较，”他写道，“棒球质量为0.145千克，90英里/小时快速速度为~40米/秒。因此，90英里/小时的棒球将以5.8 kgm / s的速度击中。因此，瓶子像一个110英里/小时的快球一样击中了这个家伙。“
那会受伤。
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