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[自然科学]当风筝的线足够长时，风筝能飞到最高距离是什么？为什么？ |
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当风筝的线足够长时，风筝能飞到最高距离是什么？为什么？ 关注问题?写回答 [img_log] 物理学 风筝 当风筝的线足够长时，风筝能飞到最高距离是什么？为什么？ 圆桌收录 春游进行时｜科学漫步 |
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这个问题有点意思。 我们平时公园里买的风筝，鱼线长也就200～300米，专业一点的，我去某宝搜了一下，可以做到1000米。 |
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图片我随便找的，侵删 不过仔细搜的话有卖2000米鱼线的。我又花了一分钟在万能的知乎上找了一下，有知友花了2个多小时放了2公里的线[1]，看上去是这样的： |
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知乎ID：小巴，侵删 这收线也得半个小时。。。看那老手给磨的 要知道，风筝是斜着放的，所以线的长度要乘上一个三角函数，估计2000米的线，先粗估估60度夹角（还没考虑到弧度，后面再算），也就能放个大约1400米的高度。 世界记录 目前放风筝的最高纪录，是4,879.54米[2]，用车载GPS测的，由澳大利亚人罗伯特·摩尔于2014年9月23日在土澳新南威尔士州科巴尔达成的。 为了放这个12平方米的风筝，他用了十年，试了8回，还特地找了一块放绵羊的地方，占地30万亩，也不算大，就相当于8个澳门那么大的地方。 他放出的风筝线，有1.1万米，也就是放飞海拔的一倍。前后花了8个小时。 理论极限之受力分析 风筝是公元前5世纪我们老祖宗发明的，发明者已不可考，后来就套在了墨子或鲁班的头上。那时候还是用竹子和丝绸做的。后来流传到印度、新西兰，后来据传是马可波罗在13世纪把风筝的故事带到了欧洲，然后18世纪富兰克林又拿去玩雷了。好，背景介绍完了。 开始切题了，理论上风筝能飞多高呢？ 前提是不算那些充气的，也不算孔明灯或无人机那种加buff的，而且要栓着的不能是带翅膀的滑翔机和滑翔伞，就是普通的靠逆风局吹起来的风筝，要能停在空中基本不动的那种。 当风筝飞得越高时，重力的变化可以忽略不计，那就变的就是风速和绳子的重量。 风筝能飞起来，主要是因为它的倾斜角度，让风吹上去给到一个升力，同时重力与拉力给它一个相反的拉力，平衡了就能停在半空。如果升力不足，就下来了；如果拉力不足，就像脱了线一样飞走了。 绳子是斜着的，还会受到风吹的破坏力，因此问题变得更复杂了。我们先不管。 假设风筝线与水平面的夹角为 α" role="presentation">α\alpha ，且风筝面与线几乎垂直（先这样设吧），那么风筝在水平方向上受到的阻力就可以表示为 F阻=F拉cosα" role="presentation">阻拉F阻=F拉cosαF_阻=F_{拉}cos\alpha 根据流体力学，风筝在空气中受到阻力为 F阻=CD2AρV2" role="presentation">阻F阻=CD2AρV2F_阻=\frac{C_D}{2}A\rho V^2 其中A为面积， CD" role="presentation">CDC_D 是阻力系数， ρ" role="presentation">ρ\rho 是空气密度，V是速度。 而在垂直方向上，升力与重力和拉力的垂直分量相等，设风筝的质量为M，则有 F拉sinα+Mg=F升=F阻×LD" role="presentation">拉升阻F拉sinα+Mg=F升=F阻×LDF_{拉}sin\alpha+Mg=F_{升}=F_{阻}\times \frac{L}{D} L/D就是升阻比。 然后一通代入，三角函数稀里哗啦咔嚓一通算啊（我知道 你们也不想看），得出了 V=2MgCDAρ(L/D−tanα)" role="presentation">V=2MgCDAρ(L/D?tanα)V=\sqrt{\frac{2Mg}{C_D A\rho (L/D-tan\alpha)}} 在中国，一般从地面到5公里的高度，风速变化不大[3]，主要受天气的影响，过了5公里，风速会随高度不断递增，在一万米左右达到几十米每秒的速度。 |
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如果是1万米以下的高空，大气密度先按0.5算吧，风筝按9.8平方米算，质量我也不知道，按2kg来吧，风速先按20米/秒来算，风阻系数先按1.3来吧，L/D先按3来吧，（真是太粗糙了，就看个数量级吧）代入具体数据，可得 20=2×2×9.81.3×9.8×0.5(2.7−tanα)" role="presentation">20=2×2×9.81.3×9.8×0.5(2.7?tanα)20=\sqrt{\frac{2\times2\times9.8}{1.3 \times 9.8\times 0.5 (2.7-tan\alpha)}} 算下来大约为70度。理论上飞个1万米没问题。 等等，不要忘了线是有弧度的，这么算太太太粗糙了，这要是给运油十算奶歼十的方程，肯定得给0分。角度也没那么理想，这肯定要上积分来算悬链方程。这就可以开门课，叫《航空拖拽的解析解》。 |
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悬链线 好了，一顿乱算猛如虎，解析只考二十五，我已经不想算了。 扔笔.gif 理论极限之鱼线 就当我要放弃的时候，突然想到，这不还有一个限制条件呢嘛：鱼线。 我们知道 ，风筝的拉力来自于绳子的自重和手的拉力，手上的力可以调节，鱼线却随着升高而变得越来越重，所以为了让风筝不掉下来，就得让绳子足够轻。 但绳子太细了又容易断，所以要知道断裂时绳子的重量，也就是最小断裂载荷，我找到了一个数据[4]： |
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如果选直径最细的绳，每100米是2.7公斤，最小断裂载荷F为2850牛。 那么设绳子长L，先粗糙地假设绳子是直线的，且是垂直的（事实上并不是）。那么有 F拉=9.8×(2.7÷100)×L=0.26L" role="presentation">拉F拉=9.8×(2.7÷100)×L=0.26LF_拉=9.8\times (2.7\div100) \times L=0.26L 求得L大约长1万米，和那个十年放风筝的老哥差不多嘛。 那么绳子越来越粗，这个值会不会越来越长呢？ 如果是10mm粗的线，算得L为1.1万米。 如果是20mm粗的线，算得L为1.1万米。 如果是40mm粗的线，算得L为1万米。 也就是说，这种材料下，考虑到悬链的倾斜角度和风吹绳子给到的额外拉子，绳子的极限长估计也就1.1万米左右。怪不得世界记录就是这么高了，受绳子影响。 所以地球上放风筝的极限高度，主要受绳子的材料影响，现在的材料最高也就达到高度5000米左右吧。 好了，终于能强行给问题的答案给拗回来了一部分，没交白卷。这道题能给我点过程分儿不？ 注意 放风筝要远离机场，远离高压线，远离公路和摩托车自行车，而且远离乌云。 不同国家对于风筝的放飞高度都有要求，中国的我只查到机场附近的要求不能超300～400米，如果不报备FAA、CAA、CASA之类的，那么英国是60米，在美国是46米，澳大利亚是122米。 当年小学课本里看到富兰克林的故事，只知道他收集到了电，但课本里没说，在他收集成功前，已经电死了好几只火鸡了。 |
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参考^https://www.zhihu.com/question/28798426/answer/148760358^https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/highest-altitude-by-a-single-kite^LI Lei, CHEN Tao, SU Jianfeng, LI Wen, TI Shuo, WU Han, LUO Jing, WANG Shihan, LI Renkang. Influence of Charged Clouds on the Distribution of Atmospheric Electric Field with Altitude (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(3): 414-421. DOI: 10.11728/cjss2022.03.210513053^http://www.simafrance.com/en/hemp/196-4-strands-hemp-rope.html |
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结论放在最后。先看分析。 想回答这个问题，我们得明确风筝为什么可以飞上天，或者回答风筝飞起来的受力是如何的。此回答考虑的是理想情况，即空间无限大，有充足的持续的风流动，且天气晴朗无雷雨等。 风筝一般有三个主要部件，风筝主体，尾巴，还有控制绳。如下图。 |
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风筝的受力分析 飞起来的风筝，受到四种力：升力， 重力，阻力和推力。 由于风筝在空中，风筝的形状和角度使得顶部流动的空气比底部流动的空气移动得更快，而流体（这里是空气）的压力随着流体速度的加快而减小，即贝努力原理。其公式表示为： P+12ρv2+ρgh=常数" role="presentation">常数P+12ρv2+ρgh=常数P+ \frac{1}{2}\rho v^{2}+\rho gh=常数 公式里，P 是流体的压力，ρ 是流体的密度，v 是流体的速度，g 是重力加速度，h 是流体的高度。由于风筝上方的空气速度大于下方的空气速度，所以，根据上面公式，上方的压力就会小于下方的压力，风筝被推到空中。这就是上图中的升力的产生原因，即由空气压力差产生的，而空气压力是由风筝主体上运动的空气产生的。 第二个，就是重力，这个大家都清楚，就是是地球引力对风筝产生的向下的力。 第三个是推力，它是沿着运动方向推动风筝的向前力。风筝的推力是依靠绳子的拉力和风产生的移动空气或风筝飞行的向前运动来产生推力。 最后一个是阻力，它是与运动方向相反的向后力。阻力是由风筝正面和背面之间的气压差以及空气在风筝表面移动的摩擦力引起的。 看了上面的受力，可见风筝想要持续升高，考的就是升力必须大于重力。 而升力想要持续大于重力，就必须有持续的压力差。 |
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地球大气结构 而地球的大气分布，最下面一层对流层，随着高度的增加，温度通常会递减，这意味着地面温度比较高，而高空温度较低。这种温度递减的情况导致对流层中的大气呈现出稳定的温度层结，导致了大量的大气对流运动，即持续的风。 而平流层机会没有对流运动，即根据贝努力公里，没有对流运动就没有压力差，没有压力差，就没有升力，所以风筝就飞不起来。 所以，理想情况下，风筝可以飞到对流层的顶部，即大概十公里。 最后，补个冷知识：世界放的最高的风筝在澳大利亚。记录保持者叫Robert Moore。2014 年 9 月，他创造了单只风筝达到最高高度的世界纪录，4900米高。今年他说要挑战6100米。 实际情况，影响风筝的因素很多，包括天气的扰动，高空风筝的不可见，异常局部气流扰动导致的风筝不稳定或者颠倒，而且，绳子在高空中不是直线，所以需要准备的风筝线要比直线距离长很多等等。总之，理论上能够接近对流层顶部就是了。 |
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中国风筝看潍坊， 这么好的提问，怎么没有广告啊？ 白花花的银子，没人捡吗？ 我买过几个风筝，最高的放了三百多米， 收线的时候，疲惫，动作变形，手指割破了。 放那么高干啥，到处都有高压线。 |
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上海， 东方绿舟， 放风筝， 把线放完了。。。 风筝都快看不见了。。。 然后使劲往回收。。。 绕线压力过大导致滑轮卡死。。。 于是手动绕线快俩小时。。。 从此告别放风筝。。。 |
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瓶颈是风筝线的抗拉强度 |
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做个蜈蚣一样的天梯风筝，一百米或者一千米一层，分阶段给钢缆提供向上的拉力，防止因为自重而线断，应该能达到更高的高度。 每一层都能根据风力风向受力情况智能调解面积角度，维持相对位置基本不变。 最上面一级可以进入太空里，用火箭发动机维持。 位置可以选择常年风向固定地方。 比如土星或者木星的两极就挺适合。 地球上的季风带应该只适合季节性的架天梯。 太空电梯借用风力就能缓解钢缆的自重问题。 不过不再是直上直下，而是像扶梯一样斜着上下，甚至可能需要在对流层平流层等等的地方更改方向。 太空里没有空气没有风了，还能放风筝吗？ |
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另外一头是月亮，这里太小我画不下 |
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要看线够不够结实，只要线结实且你能跑得足够快，比月亮高也不是不可以 |
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脑洞大开。 太阳风也是风。。。 |
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这个问题涉及到物理学中的一些概念。当风筝的线足够长时，理论上说，风筝可以飞到无限高的高度。这是因为风筝受到的重力与风力相平衡，而重力是向地面方向的，风力则向上推动风筝。然而，实际情况并非如此简单。首先，地球的曲率会影响风筝所能达到的高度。由于地球是一个球体，而不是一个平面，所以当地面的物体升空时，它们实际上会不断地绕着地球的曲面运动。这样一来，当高度增加时，地表的弧度也会增加，从而导致风速和风向的变化。这些变化会影响到风筝所受到的空气阻力，进而影响到它所能飞行的高度。其次，大气层的存在也会影响风筝的高度。当风筝上升到更高的高度时，它会遇到更稀薄的大气层。在这种情况下，空气密度降低，空气分子之间的碰撞减少，因此风筝所受到的阻力也会减小。然而，当风筝接近大气层的边缘时，空气会变得非常稀薄，以至于几乎没有空气分子来阻挡风筝的运动。这时，风筝将不再受到阻力的影响，可以继续上升到无限高的高度。但是，由于人类技术和设备的限制，我们无法让风筝飞到这个高度。 |
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理论上来说，如果线的重量为零，风筝构型合理，再给它一个水平速度，那它能飞到大气层边缘吧。 |
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以前上班在养猪场，十年前吧，下班之后无聊，买了一个2.8米宽的风筝，700米线。风比较大，放的时候爽快得很，收线收了40分钟。 |
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风筝线有多重？风筝有多大？风速风向如何？风筝线和风筝结不结实？ |
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请参考流浪地球2的轨道电梯。 开玩笑的说，那就是个大风筝。 你这个问题比较模糊，所以我回答的也模糊一点。 众所周知，风筝飞起来最核心的需求是空气。 那么，在不考虑其他条件的情况下，地球上的风筝应该能凭一己之力飞到散逸层。 所以，理论上来说，风筝能飞到最高距离是：约16000千米。 另，不考虑运载方式问题的话，从地球拉一条风筝线到木星，那么这个风筝最远可以放到约930000000千米。 |
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能不能这样干，风筝下挂未展开的气球，到了指定高度，气球充气展开，与风筝断开。气球继续上升。到了指定高度。气球下方挂的小火箭断开。陀螺仪调整方向(或者直接固定方向)，点火。飞出地球。能做得到嘛？ 和直接发射相比，有什么不同。会不会因为高度够高，和空气更稀薄而更省钱。 |
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这个问题，就属于我们常说的看着没啥、真计算起来却复杂的事儿 我们可以换角度来层层推算 风筝能飞，核心因素是风，是空气的流动驱使 所以地球表面85公里上的散逸层，几乎没有空气，是风筝只能仰望的地方 从风与受力的基础出发，平流层对流层就是风筝的高度顶点 然后呢，风筝高度的第二制约，在于风筝的制造科技，如同火箭的推重比，筝体和线绳的材料强度与自重 飞的越高，所用牵引绳越重，所需风力越大 从这点看，气球显然比风筝能飞更高。目前的高空气球在2万米与6万米之间，也是水漂弹道的范围，风筝就别指望了 而目前的风筝纪录不到五千米，连约1万米风起云涌的对流层都没飞上去 至于未来，风筝能否飞出对流层，要看材料学的突破 |
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建议风筝线实名制 |
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距离是什么？这是什么语文水平，距离不应该是多少吗？ |
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当风筝的线足够长时，风筝能够飞到最高的高度取决于多个因素，包括风力、风筝的设计和重量、线的材质和长度等。一般来说，风筝的飞行高度受到风力的影响，强风可以帮助风筝飞得更高。然而，当风筝的线足够长时，也会受到重力和空气阻力的影响，限制了风筝的飞行高度。 在理想的条件下，如果风力适中、风筝设计合理、线的长度足够长，风筝可以飞到相当高的高度。然而，由于现实中存在各种限制因素，如空气密度、线的重量、风筝的设计等，风筝的飞行高度可能会受到一定的限制。 总的来说，当风筝的线足够长时，风筝能够飞到的最高高度取决于多个因素的综合作用，而无法简单地给出一个确定的高度。 |
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会不会利用地球自转把风筝甩起来 |
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线有重量！ 风速基本稳定的情况下，当线长到一定程度，手持端的线已经水平后，风筝就达到最大高度了，再长也没用。和线、风速有关，但一定有个最高距离限制。 |
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第一反应是「对流层」和「平流层」的零界点。因为平流层内没有上升气流，在无自主动力的前提下，不会飞的更高了。 |
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我以为这是个简单的问题，看了几篇回答……算了，我还是看小说去吧【手动狗头】。 |
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首先取决于风力，风向，风停了，风筝会慢慢栽落到地面；风向变了，风筝会突然跌落到地面。 如果假设风速风向是持续稳定的，要考虑风筝翅膀与风的接触面积大小，风筝翅膀越大，飞起时带动的升力就越大，反之就是小。 结论:当风筝线足够长的时候，风筝飞起的高度取决于升力能带动风筝线的垂直总重量！ |
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等待，这是在讨论太空梯么？ 放飞到地球同步轨道 |
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(1)动能的大小与物体的质量和速度有关；(2)力的作用效果有两个：一是改变物体的形状，二是改变物体的运动状态。本题考查了动能的影响因素、力的作用效果在生活中的应用，体现了物理来源于生活服务于生活的宗旨。答：当风筝的线足够长时，风筝能飞到最高距离是无限远，因为此时风筝受到重力和空气阻力，且二力的合力为零，所以风筝可以一直运动下去，永远不会停下来。 |
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