朝天开一枪,子弹会落在哪?为何从来都不会打中自己?
很多人都在影视剧中看过这样的剧情,当民众出现暴乱或者是当军官对一件事情警告无效时,就会朝着天空开一枪,然后哄乱的人群就会安静下来。我们将这种行为称为“鸣枪示警”。很多人在看到这样的剧情的时候都会产生一个问题,射出去的子弹会落在哪?怎么从来不会打中自己呢?有些人表示,是因为当时向天空发射子弹的时候并没有在自己的正上方,这就使得子弹根本打不到自己。另外有一些人则表示,子弹在空中受到了空气阻力的影响,导致轨道发生了偏移,因此掉下来的时候才不会砸到自己。事实上,这些推测都不算准确。
想要了解其中的原理,我们就必须搞清楚物理学中的角动量守恒。对于角动量守恒,物理学上给出的定义是“对一固定点o,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变”,那么怎样理解呢?我们可以通过一个简单的例子来解释一下。
假设现在有一个物体在绕着一个圆的圆心做圆周运动,在它运动的过程中就会产生角速度,角速度就是物体在单位时间内行过的角度。而角动量则刚好是该物体的质量、物体距离圆心的距离的平方以及角速度的乘积。当物体受到有心力的时候,就会出现角动量守恒的情况了。
搞明白角动量守恒以后,我们就可以将之运用在射上天空的子弹身上了。由于角动量是守恒的,再加上物体的质量是不变的,这就使得当距离变长的时候,角速度会相应的下降,是很典型的“此消彼长”。
另外,由于我们生活在地球上,地球在运动的时候会受到太阳引力的作用,也就是我们在定义中提到的有心力。由于地球运行的轨道是一个椭圆形,因此它到近日点的时候,角速度就会相应的加快,而到了远日点的时候,角速度就会减慢。
这就使得当我们在朝天开枪的时候,子弹既会受到撞针给它的向上的力,同时它还会受到地球自转的影响,这就使得子弹的运行轨迹变成了一个抛物线。虽说受到地球自转的影响,子弹以及地球的角动量都是一样的,但是由于二者的距离不一样,因此角速度也是不同的。
而当子弹消耗完动能,开始在重力势能的作用下下落时,随着高度降低,子弹角速度会随之增大,再加上受地球自转影响,子弹通常会落到开枪点西侧,因此自然打不中自己,不过此时如果有人在军官的西侧站着的话,还是有可能打中的,因此在遇上鸣枪示警的时候,尽量还是不要站在西侧为好。