为什么火箭会飞

甚至在研究过物理学的人中，有时也会听见对火箭飞行完全错误的解释：火箭会飞，是因为利用在它里面的火药燃烧所生的气体来推开空气。古时候的人对火箭的想法是这样的（火箭很久以前就发明了），但是，如果让火箭在真空中飞，它不但不比在空气里飞得坏，甚至会飞得更好。可见火箭运动的真正原因，完全是另一回事。作为三·一刺客之一的基巴里奇非常明白，他还在自己的临终字条中叙述了有关发明飞行机器的事情。为了解释作战用的火箭设备，他写道：

铁质汽缸，一端封闭作为基底，另一端开放，用压制的火药塞满整个汽缸，留有沿着轴作为管道的真空地方。火药的燃烧从这个管道的内表面开始，并且在确定的一段时间内，扩展到压制火药的外表面。气体燃烧过程中会产生各方面的压力。横向的气体压力彼此平衡，对着火药铁制外壳底部的压力，没有与相对的压力互相平衡（因为气体可以往这个方向自由输出），就把火箭向前推去。

这里发生的情形，同开炮的时候完全一样：炮弹向前飞去，而炮身自己却向后坐。你可以想象一下手枪和各种火器在发射时候的“后坐力”！如果把大炮悬在空中，不给它任何支点，在射击以后它就会向后运动，它的速度同炮弹向前运动的速度的比，等于炮弹的重量同大炮重量的比。儒勒·凡尔纳的幻想小说《底朝天》里的主人公，甚至会想到用大炮的后坐力完成一件雄心勃勃的大事业——“把地轴扶正”。

火箭其实也是大炮，只是它射出的不是炮弹，而是火药的气体。所谓的“中国轮”的旋转也是这个道理，大概你们在放烟花的时候就可以观赏到它：装在轮子上面的一根火药管燃烧时，气体向一个方向冲出，火药管本身（轮子与它连在一起）向相反的方向运动。从本质上讲，这也只是一种众所周知的物理仪器——“西格纳尔”轮的变相而已。

有趣的是，在发明轮船以前，曾经有过一种机械船的设计，最开始也是根据这个原理设计出来的：船尾部的强大打气筒，能够把船里储藏的水压向船外，因此船就会向前驶去，就像中学物理实验室用来证明上述这条原理的浮在水面上的白铁罐一样。这个设计（由列姆齐提出来的）没有拿来实用过，但是它对轮船的发明起了很大的作用，因为它向富尔敦暗示了发明轮船的可能性。

图7　最古老的蒸汽发动机（涡轮机），公元前2世纪由希罗创造。

我们也知道，最早的蒸汽机，是公元前2世纪的亚历山大城的希罗发明制造的，也是根据同样的原理：从锅炉β里面出来的蒸汽（图7）沿着εεη管道进入到一个安装在水平轴上的球里，然后从两个曲柄管中冲出，蒸汽就把这些管子向相反的方向推动并且球开始旋转。可惜的是，希罗式汽轮机在古代只是一种有趣的玩具，因为劳动力价格低廉，谁也不想使用机器。但是原理本身却没有被技术家抛弃：现今我们用它来制造反动式涡轮机。

牛顿提出作用和反作用定律，最早的蒸汽汽车的设计也是他提出来的，也是根据同一个原理：蒸汽从锅炉里面出来，向一个方向冲出去，而锅炉本身在后坐力的作用下被反作用力推着，使车轮慢慢前进（图8）。

图8　蒸汽汽车也被列入了牛顿的发明。

1928年的喷气式汽车实验，很多人都记得当时在报纸和杂志上面写道，它是牛顿汽车的现代变形。

爱好者可以照着图9做一只纸质的小船，跟牛顿的汽车非常相似：用一个空的蛋壳做汽锅，金属帽里放一块浸泡过酒精的棉花，把它点燃后，蛋壳里的水就慢慢变成了蒸汽；这时候，一股蒸汽就要向一面冲出，它使整个小船向相反的方向前进。不过，要制作这种有教育意义的玩具，必须有一双非常灵巧的手。

图9　用纸和蛋壳做的玩具轮船。盛满小金属帽的酒精作为燃料，从“锅炉”孔里冒出来的蒸汽（从蛋壳里面吹出的气体），迫使轮船向相反的方向航行。