郜赛楠　高丽

阻力在我们日常生活中非常常见。在地面运动的物体都会受到阻力，例如普通人骑自行车的速度是每小时10～20千米，感受到的空气阻力比较小，大部分人都采用直着上半身的姿势来骑行。而专业运动员的骑行速度达到了每小时40～60千米，为了降低空气阻力，他们在骑行时一般采用身体前倾的骑行姿势，以尽量减少身体与气流的接触面积。以每小时250～350千米的速度运行的列车受到的空气阻力就更大了，列车的车头设计成子弹头形就是为了最大限度地减小空气阻力。

空间站在离地面约400千米的高空中运行，那里的空气非常稀薄，但不是真空。随着距离海平面高度的增加，大气密度会减小，假如海平面的大气密度为1，那幺当高度升到100千米时，大气密度是海平面上的万分之一；而当高度升到300千米时，大气密度就只有海平面的百亿分之一了。你可别小看这幺一点点特别稀薄的大气，它依然会对空间站产生一定的阻碍作用。

接下来，让我们一起用生活中常见的物体来探究一下物体所受阻力与介质密度之间的关系吧。

实验材料

玩具小车、自制轨道、容器、水、番茄酱

操作步骤

1让玩具小车沿着自制轨道滑下，让其在无外力干扰的情况下停止，记录其运动的路程。此时空气阻力较小，玩具小车从斜面滑下，在平面上行进了较长的距离，直到接近容器边缘。

2将自制轨道放入水中，让玩具小车从自制轨道上滑下，任其在水中无外力干扰的情况下停止，记录它运动的路程。注意它的起点高度要与步骤1的相同。玩具小车在水中运动受到的阻力比在空气中的大，所以它从斜面滑下后，在平面中只运动到容器的中间部位。

3将自制轨道放入番茄酱中，让玩具小车在与前两次同等高度的自制轨道上自由滑下，待停止后记录它运动的路程。玩具小车从斜面滑下，在番茄酱中受到的阻力较大，在平面上只运动了一点点距离。

知其然，知其所以然

生活中处处有物理。学会现象背后的科学知识才是关键。要解释这些现象，我们需要先了解一些概念。

概念一点通

速度

速度表示物体运动的快慢程度，它是矢量，也就是说它有大小，也有方向。速度的大小也称为速率，通常用v来表示，在数值上等于物体所走路程（S）与时间（t）之比，即v=s/t。

加速度

加速度表示速度随时间的变化率，是描述物体速度变化快慢的物理量，通常用a来表示，在数值上等于速度变化量与发生这一变化所用时间的比值。加速度是矢量，加速度的方向与物体所受合力的方向相同。物体的加速度与速度方向相同时，物体就加速；加速度与速度方向相反时，物体就减速。

牛顿第二运动定律

牛顿第二运动定律的常见表述是物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即对物体施加的作用力越大、物体的质量越小，它的加速度越大。

空气阻力

空气阻力即空气对运动物体的阻碍力。空气阻力的大小与空气密度、物体运动速度等因素有关，其大小可由牛顿第二运动定律计算得知。

原理揭秘

空气的密度约为每立方米1.29千克，水的密度是每立方米1000千克，番茄酱的密度约为每立方米1290千克。

将玩具小车在空气中的同一高度释放，在三种不同的情况下，它获得的初速度是一样的。接下来，玩具小车的速度在空气中、水中和番茄酱中分别降为0。我们可以发现，在这三个过程中，小车的速度变化量是一样的，加速度与速度方向相反。

根据牛顿第二运动定律及加速度的定义，在速度变化量相同的条件下，玩具小车受到的阻力更大时，其加速度就更大，其速度减为0所用的时间更短，所运动的路程也更短。比较玩具小车在空气中、水中和番茄酱中速度减为0所运动的路程长短，你就可以比较出不同密度的介质对玩具小车的阻碍作用的大小。另外还需要注意，虽然水和番茄酱看似密度差不多，但是小车在番茄酱中受到的阻力比在水中受到的阻力大得多，这是因为液体黏稠度越大，阻力越大。

轻松答题

请判断以下那些情况会使物体受到的阻力增大（ ）

A.汽车在公路上加速行驶。

B.跳伞运动员在空中打开降落伞。

C.小明同学将石头从空中扔进水中。

D.汽车、飞机等交通工具被设计成流线型。

知识拓展

在日常生活中，我们见过雨滴和冰雹。如果半径大小相同的雨滴和冰雹从天空中同一高度下落，你猜谁会先落地呢？雨滴是可变形的，它的表面是光滑的，下落时会因为空气阻力变成流线型来减少阻力，而冰雹表面粗糙，阻力大且不会变形，因此在同一高度下半径相同的雨滴和冰雹，是雨滴先落地。空气阻力不仅与空气的密度有关，还和物体的速度、物体与介质的接触面积等因素有关。

既然空气阻力依然存在，为什幺空间站一定要在400千米左右的高空中运行呢？因为地球以外有一个叫作辐射带的区域，空间站的轨道如果太高的话，就会进入辐射带里，其中的辐射对航天员的身体会产生不良影响。若是降低轨道，空间站受到的空气阻力增大，就会需要消耗更多燃料。因此选用400千米左右这个高度正合适。

着名科学家齐奥尔科夫斯基曾说：“地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。”空间站的建立对于人类探索宇宙有非凡的意义。国际空间站由于设备老化等问题，将会在2024年左右退役，那时，中国空间站将成为唯一在轨运行的空间站。人类已经清楚地意识到太空资源的重要性，在不远的将来，中国空间站一定会成为我国蓬勃发展的强大助力。