主题：闭门造车要不得啊 -- 晨枫
家园 动能的简单讨论 在上一篇的倒数第二段其实已经大概说了说，需要再补充的是以下几点。
1、动能E = 1/2 mv^2，航母的速度减小了，其动能也就减小了，速度与动能是有直接关系的，这也是讨论航母速度的一个原因。更重要的是，飞机起飞靠的是速度，动能只有转化为速度才能达到帮助起飞的作用，所以从速度入手更能直观地看清楚您的设计是否能够达到目的。
2、在航母后张开的雨伞。我明白您的意思，是用一个类似弹弓的机构，将雨伞受到的空气阻力拐个弯施加在飞机上。但这不是将航母的动能施加在飞机上，因为在飞机离开航母前，飞机、航母和雨伞是一个整体，不存在动能转换的问题。
3、如果要将飞机和航母考虑为两个部分的话，那么雨伞能给飞机的加速度和雨伞所受的力成正比（F=ma，a=F/m），这里的m是飞机的质量，F是雨伞所受的力，也近似的是飞机所受的力；雨伞所受的力和伞与空气的相对速度以及伞内空气的质量（不是航母的质量）的平方成正比（F=mv^2），雨伞与空气的相对速度可以近似地假定为就是航母的速度。在这两个公式里，没有涉及航母的质量，只涉及航母的速度；在没有航母质量的情况下，就没有航母动能的问题，也就不存在将航母动能传递给飞机的这个过程。
应当注意的是，因为雨伞的存在造成了航母的加速度方向向后，从而降低了航母的速度，这样就会逐渐降低雨伞所受的力，也因而会降低雨伞能够施加给飞机的加速度。速度就是动能、动量与加速度这三者的连接点，所以从速度入手就能搞清楚这三者之间是否有矛盾或冲突的地方，并不是说讨论了速度等于忽略了讨论动能。从这一点也可以看出来动能定理的复杂性，所以如果能用速度、加速度或者动量定理等来解决的，就尽量不要用动能定理。
4、航母的动能固然大，但不是说大的动能就一定能用上的。如果非要利用航母动能，那我想到的方法就是将飞机固定在海里的一条跑道上，让航母从后面撞击飞机，然后还得确保撞击后跑道和航母保持静止，这样才可以近似地说将航母的动能转换到了飞机上。当然这样就和在航母内部动能转换的目的就不一致了，可是这就回到了第二点，从基础理论上讲，一个物体整体内部是不能进行动能转换的。
5、在讨论工程设计问题时首先要考虑清楚理论上是否存在漏洞或者存在有冲突的地方。如果发现这个设计在动能定理上与动量定理、牛顿第二定律等产生了冲突，那么这个设计的力学理论基础肯定有根本性的问题，肯定有某些地方是搞混淆了，这个设计的出发点也就需要重新考虑了。这种情况下就不要继续考虑是采用无级变速还是离合器的问题了，也不要考虑设计上的能量损耗问题了，这些都要在解决了基本的力学模型后才能考虑。因为实践性的工程问题不能违背基本的物理定律，就像永动机不可能实现一样。
6、需要更正本人前文的一点是，飞机在航母上起飞最关键的是飞机与空气的相对速度，而不是飞机与海面的相对速度，飞机与空气的相对速度大了，飞机的升力才大。这也是为什么航母上的飞机起飞时，航母都要尽量逆风航行的原因。但前文的讨论中假定空气是静止的，所以可以将前文中飞机与海面的相对速度看作是飞机与空气的相对速度，在实质上并不影响推导过程和结论。
希望以上这些已经比较完整地回答了您的疑问。
- 复 动能的简单讨论
家园 首先感谢您精彩的回复，我已经鲜花了 其次，我的物理学得比较差。您说的这些东西，我只能理解一部分。而且我说的雨伞是在水下的。水是不可压缩的。
第三，我想的机构比较简单。就是一个类似投石机的原理。
古代的投石机都是机器固定不动，后面一大堆人用绳子猛拉投臂比较短的一端，石头放在投臂较长的那一端的端点上。投石机的投臂就是杠杆，起到的作用就是变速器。在角速度不变的前提下，将较低的线速度变成较高的线速度。
我说的航母就是投石机，飞机就是石头，变速器就是投臂。雨伞就是后面拉绳子的人。投石机是机器不动，人动。我想的是人不动，机器向前运动。在这个机构中，到底谁在运动，并不重要，重要的是有没有一个将低线速度转化为高线速度的杠杆。如果有这个杠杆的话，有没有足够的力量撬动它。
再简化一点，我们干脆就在航母的舰首安装一个支点，支点上装一个大号的杠杆。飞机放在杠杆的较长一端的端点上，然后用“雨伞”去拉较短的一端。
...........................飞机..........
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................./________________________________\ 雨伞
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这个图形里的支点重达到6万吨，以30节的速度前进。飞机重0.003万吨，本来是飞机支点和雨伞都在一起向前运动，现在突然间雨伞不动了，向后拉杠杆，您说飞机会不会被扔出去？
家园 好吧，再说说关于动能比较基本的一点 讨论动能时要注意它们是一定成对出现的。即在一次讨论中搞清楚了一种动能如何转换成另一种动能后，这俩动能在其后的讨论中就不能用了。
在航母-雨伞-飞机这个模型中，可以大致地认为航母减少的动能就是雨伞增加的动能，这和雨伞所在的介质无关，无论是在空气中还是在水中，都不影响理论讨论。在已经讨论清楚了这两个动能的相互关系后，就不能再凭空出现第三个动能了。
在您举的投石机的例子里，投石机是静止的，石头的动能来自于拉动投石机的人的动能，投石机只是个介质，其本身的运动状况并未改变。您也许会说，那投石机的力臂还运动了呢，但是，整个投石机相对于地面始终是静止的，投石机只是通过自身的形变将动能传递给了飞出去的石头，自身的动能并未变化。
放在航母-雨伞-飞机的模型里，航母作为投石机是运动的，从动能角度讲，雨伞的动能增加来自于航母动能的减少，那么就不会有第三个动能出现，飞机也就没有获得额外的动能。从力的分析角度讲，航母这个支点也是要受力的，这两个力异向相反，那么就没有第三个力出现，飞机也就不可能受力加速。
也就是说，运动状况下的动能和力的讨论与静止状况下的讨论是不一样的，需要注意区分。但基本的理论是不变的，即动能是成对出现的，讨论完一对动能就不能再出现第三个落单的动能了。
家园 您的这个回帖中的大多数观点我都同意 但是就这个我不太同意
在航母-雨伞-飞机这个模型中，可以大致地认为航母减少的动能就是雨伞增加的动能我认为航母的动能确实减少了，但动能得到增加的不是雨伞，而是飞机。
或者说航母的动能确实减少了，但雨伞所增加的动能通过钢丝绳实时的传递给了飞机。
飞机和雨伞是几乎刚性连接的。它们不是相互对立的。
我说的这个方案，您要是还觉得不可行的话就请您去做一个小实验：找一块手绢，用细铁丝拴住它的四个角，做成一个小降落伞。然后在铁丝的中点处绑一条尼龙线。尼龙线的另一端栓一小块石子。然后找一辆汽车，让它开到55km/h的速度。用手捏着尼龙线靠近雨伞的部分，把这些东西统统伸到车窗外面去，然后轻轻松一点劲，看看石子会不会在“雨伞”的作用下跑到您的手心里去。呵呵呵。
上面这个小实验中，汽车就代表航母，手绢就代表雨伞，小石子就代表飞机。手就是离合器。唯一缺的就是变速器，或者说是杠杆。
家园 要注意消除阻力和惯性带来的假象 找一块手绢，用细铁丝拴住它的四个角，做成一个小降落伞。然后在铁丝的中点处绑一条尼龙线。尼龙线的另一端栓一小块石子。然后找一辆汽车，让它开到55km/h的速度。用手捏着尼龙线靠近雨伞的部分，把这些东西统统伸到车窗外面去，然后轻轻松一点劲，看看石子会不会在“雨伞”的作用下跑到您的手心里去。呵呵呵。在这个实验里，如果将雨伞和石子伸出车外，那么在手松开雨伞-尼龙线-石子的时候，雨伞-尼龙线-石子就是一个整体，一个运动系，而与汽车就不能构成同一个运动系了。石子跑到手里不是汽车动能转换成石子动能的原因，而是雨伞-尼龙线-石子这个运动系失去了汽车给它们施加的保持向前运动的外力，而只受空气阻力作用，所以这个运动系要相对汽车向后运动，从而让石子落到手里。
您之所以认为飞机获得了动能，是因为您将飞机和航母看作两个运动系，但实际上这二者是在同一个运动系内。
这又回到了原来的讨论：如果将飞机-航母-雨伞三者看作一个整体，那么整体内没有动能转换的问题；如果将飞机-航母看作一个整体，那么飞机-航母损失的动能就是雨伞增加的动能，飞机没有单独获得第三个动能；如果将飞机和雨伞看作一个整体，航母是另一个整体，那么飞机和航母就不能有接触不能有摩擦力，航母上的“支点”也不能存在，否则飞机和航母就是一个整体，与假设冲突；如果雨伞-航母是一个整体，飞机是另一个整体，同样的，飞机和雨伞-航母都不能有接触不能有摩擦力，雨伞-航母整体内部没有动能转换的问题，飞机也就不能获得额外的动能。
设计力学试验的时候一定要注意排除阻力、惯性等带来的假象，要注意区分哪些现象是阻力和惯性造成，哪些现象是咱们真正要讨论的。您的试验可以改造一下，在车顶上固定一个您所设想的这样的装置，雨伞哪，尼龙线哪（铁丝也成，刚性连接嘛），石子啊什么的，但要用一个定滑轮什么的将这个装置固定在车顶上，尼龙线一头是雨伞，另一头是石子，石子放车里车外都行，要保证车匀速运动时它不会乱跑。在车匀速运动的时候（不一定非得55迈，45迈不也成嘛，安全），您把雨伞放开，看石子是不是向前运动了。注意，咱们需要的效果是雨伞能够造成车的减速，否则就是车靠增加动力保持了速度，从而增加了整个运动系的动能，影响计算试验结果。
也许在试验的过程中您会认为石子太重了，或者雨伞面积太小拖不动，所以您会想减轻石子的重量，甚至用更轻的材料。但无论用什么材料，一定要注意让试验材料既能和车体紧密相接又能受力后立即运动，从而尽量排除阻力和惯性的干扰。
试验结束后也许您会发现石子向前运动了，但这并不意味着发生了“动能转换”，咱们还需要根据释放雨伞前的车速、释放雨伞后车减速后的速度、雨伞释放时长等计算出惯性给石子带来的相对于车的向前的运动量。再通过多次试验，找出试验存在误差的地方，依靠经验数据排除误差量，然后才能知道是否真的发生了“动能转换”。您如果真觉得自己的想法越想越靠谱的话，不妨实际做一下试验，经得住考验的试验结果比理论描述强一万倍。
其他人也许从机械工程设计角度认为您的这个方案不可行，但并不意味着他们就认为这个方案的理论基础就是没问题的。如果要真想把自己的想法搞透的话，还是要从最基础的力学理论试验开始。不要怕自己的想法不成熟，更不要怕自己琢磨了很久的想法理论上就不可行。发现自己错误不是什么大不了的事情，坚持错误才是大问题。这话是对咱俩说的。
家园 这需要做一个计算 你实际上在用航母本身的推进动能来换取弹射的动能，问题在于这相当于给航母一个很强劲的刹车。航母重新加速需要时间，所以出动率不见得像你想象的那么高。这样反复减速、加速对航母本身也不见得是一个好事。
换一个角度想想，如果这个方法那么简单易行，首先应该用到的是鱼雷艇上发射鱼雷，甚至可以导弹冷发射。有谁给计算一下？
- 复 这需要做一个计算
家园 6万吨的航母遇到0.1万吨的阻力 呵呵呵，这个刹车好像没有那么强劲吧。
如果航母重新加速比较麻烦的话，也可以让航母干脆就拖着张开的雨伞跑，就好像我们一直拖着手刹在行驶。由离合器控制是否让飞机起飞，理论上如果计算准确的话，当飞机起飞时航母是感觉不到任何外力的。而真正被刹车的到只有那个雨伞本身而已。
家园 其实这个方法很难实现的 用减速伞减速航母获得力，然后用这个力来让飞机起飞，这个力来自航母状态的改变，所以要用这个力必须把航母和飞机连在一起，可是连在一起就没办法飞了啊。要不就在飞机和航母中间加储能设备，储存航母的动能，然后加给飞机，可是航母的动能也是来源于航母，牺牲掉航母动能换飞机的动能，这中间的损耗就不如直接从航母反应堆里来得更环保低碳不是。
家园 我不是工科出身，这方面也只是有点 天马行空的幻想吧。但我想凡事都有个度的概念，飞机和航母的质量之比大概是1：2000，一支箭的重量大概是0.1斤，一张普通反曲弓的拉力大概是40斤，箭的推重比是400，飞机是2000，箭可以被射到150米以外，飞机呢？
这2000的推重比我们也许只需要二百分之一就够了（这个比例也许不叫推重比，我不知道到底应该叫什么，暂且这么称呼吧）也就是说60000吨的航母，受到300吨的阻力而已。我想大概也就是一辆100公里时速的汽车，在2秒内减速到95公里而已吧。开过车的都知道，这简直是个很难感受到的变化。它所带来的冲击，还不如高档低速的叫杆大呢。
再说力量可以有很多运用的形式。再加上杠杆机构的放大，阻尼机构的缓冲，飞机受到的所有力都是可控的。
- 复 这需要做一个计算
家园 这个和在主机上接个卷扬机没区别吧 那个伞的目的不过是一个高功率卷扬机而已。如果这样，只要在主机上接个卷扬机，钢丝绳同样可以通过那些机构拖动飞机。这个系统里面，光钢丝绳的自重就非常巨大了，可能要超过那个漏气的汽缸了。加上一起运动的各种控制机构，控制难度比汽缸显然还大。
家园 我觉得还是C型汽缸的难度大一些吧。 C型汽缸的问题是要让一个不能漏气的东西在必须漏气的状态下经受巨大的压力。这个系统自身就有顶牛的地方。内耗比较大的。
而我的设想是只要把所有的东西都做得很结实就可以实现了。
至于钢丝绳的自重，我想也不是问题。这里的钢丝绳可不是一根。飞机起飞用的可以比较细，直径50mm就差不多够了。（100吨吊车上用的钢丝绳直径也就20多mm）雨伞和母舰之间的钢丝绳可以做得粗一些。到底多粗，还得计算。
- 复 闭门造车要不得啊
家园 F35B其实挺杯具的 那个大风扇死重死重的，除了起飞其它的用不上，推力下来了机动性就更悲剧了，估计4S到时也就剩隐身性还行了。
另外来自内务人民委员的消息是F35B要被国会的同学们砍掉了。。
