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飞翔的梦想Comments>>

发表于 2011-04-03 07:27 | Tags 标签:, , , ,

你是不是也看过这部电影?这是一部2009年的动画片,它当年几乎包揽了各种的动画电影奖项,也让很多人记住了这几万只气球的故事。

小男孩卡尔碰到了同样喜欢冒险的小女孩艾丽,两人一起玩探险游戏,青梅竹马的两人长大后爱上对方,从此相伴一生……卡尔和艾丽一直梦想着,有朝一日能去南美洲的“天堂瀑布”去探险,但直到艾丽去世,这个梦想也没能实现。年老的卡尔守护着俩人相伴一生的房子,在拆迁队要求他赶快搬去老人院住的时候,他做出了一个大胆的选择……当几万只五颜六色的气球载着卡尔和他的屋子升上天空寻找他们梦想时,观众的心似乎也随着他们冲上云霄……

人类关于飞翔的梦想

其实飞上天空是人类长久以来的梦想,早在几千年前人类就羡慕飞翔在天空的鸟儿,我们国家的神话故事里有奔月的嫦娥,西方传说中有长着翅膀的天使。

从很久以前开始,古人们也尝试制造各种各样可以“飞翔”的方法,并且设计出了三种“翅膀”。

第一双翅膀便是源自于风筝。早在两千多年前,战国时期的墨子就用木材制作了一个木鸢,算的上是最早的风筝,后来风筝被不断的加以改良变化,甚至有时候可以将人绑在风筝上,进行通讯传递等等。后来英国人研究了风筝的飞行原理,于1809年试制出第一架滑翔机,现在滑翔机经常用于从高处的山坡或高楼下滑到空中,一般用于观光、侦查等作用。只不过,这种简易的“翅膀”只能让人从高处向下缓缓飞行,却不能像鸟儿一样自由翱翔。

为了摆脱只能滑翔的限制,人们想到必须施加一个推力,才能让认真的向上飞起来。就好像你可以捡起一块小石子向任何方向抛出去一样,只要有足够的推力,人们就可以飞起来了!

这个想法造就就了人类的第二双翅膀,虽然看似简单,但其实要求很高的科学技术水平。据说五百多年前明朝的万户曾经做了一个勇敢的尝试——他也是世界历史上第一位尝试用“火箭”升空的人。他坐在一把藤椅“飞行器”上,同时藤椅四周捆绑着47支烟花作为动力,只可惜这份伟大的构想因为条件不成熟最终以失败告终。直到四百年后,自带动力的飞行器——莱特兄弟的飞机,才第一次飞上天空。

而人类为自己设计的第三双翅膀,既摆脱了第一种不能向上的尴尬,也不像第二种那样复杂高深。这种“翅膀”的鼻祖正是我们的孔明灯,据说孔明灯是三国时期的诸葛亮发明的,他利用竹子和宣纸制作成大型的纸袋灯笼,在灯笼底部放置油纸,一旦点燃,因为灯笼里的热空气比外面的冷空气轻,孔明灯就会冉冉上升。孔明灯算是最早的可以飞往天空的“飞行器”之一了,只不过孔明灯只能携带很轻的东西,离载人飞行还差的远。

不过利用类似孔明灯的原理,后来的人们发明了热气球,通过给气球内部的空气加热,气球就可以带着物体飞上天空,只要将气球做的足够大,就可以带着人飞上天空。1783年,蒙特哥菲尔兄弟第一次成功地实现了热气球载人飞行,此后各种热气球陆续升上了天空。同时,那时的人们已经成功地提取出了氢气(一种比空气轻的气体),因此用它们来充进气球里,就可以实现和热气球相同的作用。1784年,法国罗伯特兄弟利用这种方式制造了第一艘人力飞艇。后来人们又提取出氦气(另一种比空气轻的气体),也可以用来填充气球制作飞艇。我们平时看到的漂浮在空中的装饰性气球,或者某些活动时放飞的气球,就是这种气球,而电影《飞屋环游记》里,卡尔也正是用了这种气球,将他的屋子升上了天空。

真实的飞屋

如果仔细考虑一下电影故事里的飞屋的话,你是不是也会想,真的可以用那么多气球,制作出一个飞屋吗?或者说,我们能不能也造一个这样的飞屋呢?

让我们不妨来仔细地看一看。

在我们的现实生活中,节日、生日等庆典常见的“氢气球”(其实应该是“氦气球”,因为最初人们用氢气充满气球,但其实后来大家发现氢气很危险、容易爆炸,所以现在常用的其实是充满氦气的气球,只不过因为习惯大家依然使用“氢气球”这个名字)。通过一些科学知识粗略地计算一下,就可以知道,一只大约30厘米大小的氦气球可以承担大约15克的重量。15克有多少?也就只有两三根铅笔的重量。那么需要大约5000只这样的气球才能将一个正常的成年人飞起来,想要用这些气球带起一栋房屋?这是不是天方夜谭了呢?

其实倒也不是。电影里,卡尔的房子和我们通常见到的房子不同,是一栋木屋,我们都知道木头比砖瓦要轻地多,因此也更容易飞起来。若是从电影里的画面来估算一下房子的重量,大概需要十几万只的气球就可以将这个屋子飞起来了。

其实,并不只有我们才较真,出品《飞屋环游记》的电影公司在制作这部电影之前可是做了认真的计算的。他们的计算结果和我们的很接近,也是十几万只气球,但是为了更好的视觉效果,电影里最终只放了两万多只气球。

基于这部动画片的影响,2011年3月初,美国《国家地理杂志》的工作人员真的造出了一栋用氦气球提供升力,可以在天空飞翔的房子。他们花了两个星期的时间,特别制作了一个大约5米高、20平方米大小的木房子,然后使用了300只超大号气球(每一只有2.4米那么高),最终成功地使房子载着房客一起飞行了一个多小时,甚至飞到了大约3000米的高空。虽然这栋房子可能还不如一辆普通的小汽车重,但这已经足够打破了世界上一次使用最多氦气球飞行的纪录了。跟着小木屋飞上天空的,是不是还有我们兴奋的欢呼呢?

或许,我们其实不需要太计较到底有多少个气球,才能承载这样重的梦想。

或许,我们只需要靠在软软的沙发上,安安静静地看着电视上几万个彩色气球在空中漂浮着,载着卡尔和他所有的坚持与信念。然后和他一起,分享对未来的憧憬,以及向梦想前进的喜悦。

【注】这里有一个计算飞屋所受浮力的视频,计算过程也可以参考以前参与电影专题的短文

本文将发表于少儿科普杂志《军事文摘·科学少年》。

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参考资料:

1. 关于墨子发明风筝(木鸢)来自《韩非子·外储说》,韩非子曾记载墨翟“费时三年,以木制木鸢,飞升天空”

2.万户飞天说法来自于美国作家Herbert S. Zim,“Rockets and Jets”,在wiki等上面均有提及。但因为并没有中文资料记录此事,这个说法尚有争议

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50 Responses to “飞翔的梦想”

  1. chenmao006说道:

    沙发?!

  2. diesirae说道:

    认真的向上飞……

  3. 小白兔说道:

    怎么我一看那些气球就想到了分子,哈哈。原来第一眼看去还真以为是分子

  4. 二次元说道:

    现实和电影的差距还真不小,
    那张图,真相啊

  5. 许岑说道:

    大家都有一个遨游飞翔的梦

  6. 九州说道:

    一个科普网站谈到各种飞行方式的雏形,最好是有确凿的证据。用传说来做证据,一来显得很不靠谱,二来代达罗斯(Daedalus)不是更牛技术更高超?

    • 水龙吟说道:

      谢谢提醒,因为这篇是给少儿科普杂志写的文,所以在参考文献上有些疏忽,已经加上去了。万户飞天的事情很多地方说过,但最初来源是美国作者Herbert S. Zim的一本书,而中文却没有文献提到过,所以真实与否还是有争论,因此这里才故意说“据说”。

  7. 生命收割者说道:

    这个动画我也很稀饭呢!!!突发奇想:将木屋分2层,上层密闭,将其中空气加热(前提是不烧着屋子),再配合气球的话,会不会轻松点呢?

    • hunke说道:

      九牛一毛,得不偿失。

    • 水龙吟说道:

      不用密闭啊,这就是个热气球+氢气球的飞屋嘛,不过木头房子,点火最好还是小心些。但因为体积有限,通过热气“屋”获得的浮力还是很小的

  8. 西红柿炒自己说道:

    其实吧,我更喜欢生活在地上……

  9. keledoll说道:

    我一直想玩滑翔机,因为这样感觉是自己在天上飞~

  10. 真陆行鸟说道:

    刚在国家地理上看完那个飞屋的节目,一上网又见着了,世界真神奇

  11. 鸢飞戾天说道:

    上学期选了门选修课是关于航空航天的,第一章节概述讲航空航天器的发展历程,记得好像说第一个滑翔机是达芬奇的发明。

  12. twilightlee说道:

    氦气不容易获得吧?氢气还是相对容易获得,我想小摊贩卖的应该还是氢气球。

  13. 吼海雕说道:

    啊喂,飞得太高气球炸掉的话,最后会摔死的吧……

  14. laoma说道:

    10万只氦气球,换成相同的氢气球要多少只?

  15. Yu说道:

    其实我觉得这个问题的关键是受力的均匀分布,而不是像电影里所有的拉力都集中在一点。

  16. 卫琴说道:

    氦气优于氢气的另一点在于通孔扩散速率只有氢气的一半。如果你想长途飞屋环游,你会宁愿自己绑的是氦气球,否则飞到一半氢气大半溢出,气球变瘪,跟着便屋毁人亡了。

    • hunke说道:

      不会,氢气的溢出不是突然发生的,事实应该是慢慢掉下来。

  17. uwenida说道:

    链接的计算过程里的这一段

    “因为氦气密度(ρ1=0.1786g/L)小于空气密度(ρ2=1.295g/L),气球受到重力及空气的浮力的结果是合力向上,大小为,这里 为的密度,g为重力加速度。因此如果一只氦气球可以支撑的重量是 F=mg =(ρ2-ρ1)gV 。”

    缺失一些字符,请教……

  18. 这货很赞说道:

    提取出了氢气(一种比空气轻的气体)
    =====================================
    略有些不严谨呢(某实在找不出吐槽点的吹毛求疵道,好吧我自重了)最先用飞氢气艇作商务运营的叫神马来着。。。好像是德国的一个公司吧,球赐教

  19. 邑周报说道:

    我也想飞,不用翅与飞机的飞。

  20. 最弱说道:

    飞屋环游记。不错!!!

  21. 怪獸君说道:

    上去容易下來難。在地上圍觀的觀眾杯具了。。。

  22. 我爱养生网说道:

    因为梦想 所以人类终于能飞...

  23. 鲁正云说道:

    人类制造了潜水艇可以遨游大海,那么我想只要能够制造一个“空气潜艇”,我们也一样可以遨游太空。

    • hunke说道:

      太空没有空气,没有浮力的。所以你顶多只能遨游天空。

  24. 溪知说道:

    “...... 人们想到必须施加一个推力,才能让认真的向上飞起来。就好像......”
    是不是中间掉字了?让人?让滑翔机?认真的?认真地?真正地?呵呵!

  25. 氢气球多的话应该能飞起来吧,就是不知道飞多高后气球会爆掉,那样就变得很危险了。

  26. hunke说道:

    氦气和氢气在日常生活中都不容易获得,
    我们平时见到的会飞的气球应该是充甲烷(天然气,比空气密度小)的。

  27. 青春不痛说道:

    有谁会写一篇关于《里约大冒险》的儿童科普啊?介绍一下里边的“愤怒的小鸟”们吧,关于它们的习性什么的,好有爱呢···

  28. 拾荒君说道:

    就像里面主持人说的:“虽然房子只有实物的一半大小,但是当他真的飞起来后,谁还会在乎呢。。。”佩服这群狂热的工程师创造的这个美好的梦

  29. 脱水虫说道:

    看过大卫科波菲尔的“飞幻”么? 我还查过其他的一些资料,说印度瑜伽教有些僧人真的能够飞起来,在百度上看的,叫做悬浮术,求解释。。

  30. 邹江睿说道:

    有了飞机,为何还要这种不安全的"飞屋”?在高空中,强大的压力,将会使这个木头房子真正碎掉!

    • 请仰望天空说道:

      请你找一下资料,应该是越往高处气压越低的!!!!!!!

  31. 卖女孩的小火柴说道:

    地上还是比天上好。

  32. 卖女孩的小火柴说道:

    实在不知道说些什么好

  33. David说道:

    现在已经有了这些发明了,想点还没发明的东西吧!!!!!

  34. verycd说道:

    我想有个翅膀

  35. dcvxvz说道:

    aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaah!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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