地球在自转,直升机悬停12小时后,会到地球另一边吗?
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地球的引力束缚住地球上的万物 , 并且带着万物绕着地轴转动 , 这是我们每天看到太阳和星辰东升西落的原因 。 此时此刻 , 我们随着脚下的这片土地在快速转动 , 纬度越低 , 速度越快 。
在南北极圈上(66°34′) , 地面的自转线速度为185米/秒 , 即666公里/小时 。 在南北回归线上(23°26′) , 地面的自转线速度为427米/秒 , 即1537公里/小时 。 而在赤道达到最快的速度 , 每秒可达465米 , 每天40180公里 , 这就是“坐地日行八万里”的由来 。
【|地球在自转,直升机悬停12小时后,会到地球另一边吗?】既然如此 , 如果直升机起飞悬停在空中12小时 , 底下的地面在不断转动过去 , 那么 , 直升机在半天之后会不会到达地球的另一端呢?或者说悬停24小时 , 直升机会环绕地球一周 , 回到原地吗?
答案自然是否定的 , 不然人们早就这么做了 。 这背后的原因其实很简单 , 无非就两个字“惯性” 。 根据牛顿第一运动定律 , 只要物体所受的合外力为零 , 那么 , 它的运动速度就会保持不变 , 要么保持静止 , 要么保持匀速直线运动 , 这也被称为惯性定律 。
假设在北回归线上 , 当直升机静止在地面上时 , 受力处于平衡 。 地球带着直升机一起转动 , 那么 , 直升机也有一个427米/秒的线速度 。 但由于与地面线速度一样 , 所以直升机保持相对静止 。
当直升机在空中悬停时 , 竖直方向受力是平衡的 , 直升机产生的升力与受到的重力相等 。 而在水平方向上 , 直升机并没有受到力 。 根据惯性定律 , 拥有巨大惯性的直升机仍然会以427米/秒的水平速度在前进 , 这与地面速度一样 , 所以直升机不会相对于地面发生移动 。
事实上 , 不止是直升机 , 就连空气都被地球的引力带着快速转动 , 水平速度与直升机一样快 。 但因为相对速度一样 , 彼此之间不会有相对运动 , 不然我们每时每刻都要面对呼啸而来的狂风 。
或者我们也可以这么来想象一下 , 如果我们在北回归线上原地向上跳起来 , 在空中停顿1秒 , 落下来后仍然在原地 , 地面不会相对于我们转过427米 , 我们不会在427米之外落下来 。
当我们乘坐一辆匀速行驶的车子时 , 假设速度为30米/秒 , 当我们向上抛起一个物体时 , 也会落回原地 , 不会落到我们后方几米的地方 。 如果车子中有一只蚊子 , 它也能正常在空中飞行 , 不会被甩到车子后面 , 因为蚊子、空气都会被车子带着向前运动 , 它们都有前进速度 , 或者说都有惯性 。
只有当地球突然停止自转时 , 我们才会切身感受到巨大的惯性 。 在那时 , 所有物体都会朝着东面飞出去 , 因为惯性 , 物体仍然具有很大的速度 。 这就好比车子突然刹停 , 车子上的东西会向前动 , 我们也会感受到继续向前进的趋势 。
如果真的想让直升机悬停12小时后到达地球的另一边 , 只能离开地球惯性系 , 从宇宙中挂一根无比结实的绳子下来 , 把直升机吊在绳子上 , 这样让直升机悬空 , 下面的地球表面就会相对于直升机转动过去 。
然而 , 这个时候直升机又会面临一个巨大的问题——狂风 。 因为空气跟随着地表快速转动 , 如果把直升机悬挂在北回归线上 , 空气相对于直升机的运动速度高达427米/秒 , 已经超过了音速 。 要知道 , 风速达到61米/秒就已经是18级 。 在如此超强的风力作用下 , 直升机很难撑得住 。
惯性运动很重要 , 尤其是在航天领域 。 对于水平速度达到每秒7.9公里的太空飞船 , 它不需要燃料来提供动力 , 只依靠惯性就能绕着地球飞行 , 我国的东方红一号就是通过这样的原理 , 在太空中飞行51年也不会掉下来 。 对于旅行者1号这样的星际飞船 , 它的速度大于太阳系逃逸速度 , 它可以无动力飞出太阳系 , 一直在银河系中飞行 。
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