地球在自转,直升机在空中悬停12小时后,会到地球的另一边吗?

作者&投稿:悟严 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
地球在自转,直升机在空中悬停12小时后,会到地球的另一边吗?~

地球在自转,它绕自转轴旋转一圈的时间为24小时。由于地表是固态的,地球的整体自转角速度保持一致,所以越靠近赤道的地方,自转线速度越快。赤道上的转动速度可达465米/秒,每天转动大约4万公里,这就是所谓的“坐地日行八万里”。
虽然我们无法直接感受到地球的自转,但通过一些现象,我们可以知道地球在转动。太阳的东升西落正是由于地球的自西向东自转引起的,我们把地表视作静止参照系,太阳就会看起来在天空中运动。同样地,夜空中星辰的升起和落下也是地球自转所致。

地球自转还会造成地转偏向力,这是科里奥利力沿着地表产生的分力。由于地转偏向力的存在,大气流动会受到偏转,使得一些地方会出现季风,这让古代人类的航海成为了可能。另外,热带气旋的移动也受到这个力的影响。不过,漩涡受到地转偏向力的影响可以忽略不计,排水口的初始扰动和几何结构才是真正起因。
既然地球在快速自转,那么,如果让一架直升机在空中悬停12小时,它会到地球的另一边吗?

事实上,直升机悬停在空中,下方的地表并不会转动过去。原因很简单,直升机也会被地球带着一起旋转,这是由惯性效应所引起的。
地球一直在自转,使得地球上的物体,就连空气,都会被带着高速运动。但地球非常大,而且在太空中运行十分稳定,所以很难觉察到我们一直在高速运动。我们通常会把地表视作静止参照系,导致物体看起来都是静止的。
在地表上的直升机本身随着地球转动,当它悬停在空中时,只产生了竖直方向上的力来抵抗重力,并没有消除掉水平方向上的惯性。牛顿第一运动定律表明,在没有水平力作用下,直升机就会保持最初的运动状态,跟着地球一同自转。12小时之后,直升机还是相对于地表不动。

想要抵消掉惯性,就需要让直升机在水平方向加速到地球自转的速度,并且方向与自转方向相反。如果是在赤道上,直升机的水平速度要达到465米/秒才行。在这种情况下,12小时后,直升机会飞到地球的另一边。
不过,现实中直升飞机的飞行速度并没有那么快,达不到超音速的水平。一般而言,直升机的速度都没有超过100米/秒,要在赤道上抵消惯性是不可能的,只有到自转线速度较慢的高纬度地区才行。

通过计算可知,在纬度为77.5°的地方,地球的自转线速度为100米/秒。也就是说,只有在高于77.5°的高纬度地区,直升机才有可能真正“悬停”在空中,让地球在其下方快速转动过去。
另外,我们也可以通过一个小实验证明,悬停12小时的直升机不会飞到地球另一侧。如果我们在赤道上,竖直向上跳起来,并在空中停留0.5秒的时间。如果下方的地表会转动过去,当我们落回地面的时候,距离起跳点将会达到232.5米,显然这是不可能的。

最后,再来考虑一下这种情况。假设在一列密闭的火车车厢内有一架无人机,在火车相对于地面静止时,无人机悬停在车厢内。当火车开动时,悬停在空中的无人机会被甩到车厢的尾部吗?

地球在自转,而且速度还不小,那么从理论上来看,只要直升机一直悬停着,那么它将会正在次经度对应的圆周上任何地方出现,只要等目的地到来,直接降落下去就行!但现实中却不能以这种模式环游地球。

地球自转速度有多快?
地球自转是傅科发现的,他巧妙的用傅科摆监测出了地球的自转,当然时间多久其实不用计算了,毕竟太阳东升西落的时间计个时就行,根据地球周长,大约24小时转一圈,那么就可以计算出地球自转的线速度了!

这个速度还挺快,在赤道地区时速度高达465米/秒,空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340米/秒。所以地球赤道自转线速度超过了音速将近1.4倍,这个速度极为可观!自从协和客机退役后,就再也没有客机超过音速了!而且除了F22以及J20外,少有战斗机可以长时间维持音速飞行,所以这个音速仍然是高山仰止般的存在!

当然地球上也不是处处速度那么高,两极点上速度0,速度按余弦分布,比如在南北纬度30度左右地方时将降低为402米/秒,南北纬度45度时为:328米/秒,60度时为232.5米/秒,77.5度时为100米/秒!

所以很多朋友经常假设性的问一个问题,如果地球突然停止自转会怎么样?其实这后果还挺严重的,因为地表物体都在以每秒从465米/秒到0的速度运动中,一旦停止,赤道地区的所有物体,包括地面都会飞起来,当然这个速度还不会飞离地球!另外一个严重后果是地壳会和地幔分离,火山喷发和地震即刻发生,到那时基本上就是地球毁灭了,站在北极点上不动也逃不过这场审判!

为什么悬停着无法到达地球另一端
地球自转那么快,直升机只要飞到高处悬停,过段时间降落下去就到达目的地,这看起来非常完美!但我们必须要理解一点的是,地球上所有物质,包括大气与水等都在地球自转运动下几乎同步运动,所以从地面上起飞后悬停的直升机其实和地面相对是静止的,因为它和地面在同步自转运动!

就像我们乘坐的高铁,速度可达300千米/小时,大约是83米/秒,一节高铁车厢大约在24.5米至27米之间(不同型号有一些差异),人跳起来大约能在空中停留0.8秒(乔丹的数据,普通人估计0.5S到顶了),假如按人跳起来后车在运动,人不运动,那么这0.8秒可以运动66米,也就是2.5节车厢!

但是谁都没看到在高铁上跳一下之后人就跑到2节半后车厢了,肯定是稳稳的落在原地,因为和和车厢之间是相对静止的!很多朋友认为这人跳的也太短了,停个半小时,肯定会移动的,其实如果允许的话,可以在高铁车厢放飞一架无人机,然后让它悬停看看,半小时后会不会在原地,除了气流会影响它以外,它肯定是不会跑到别地去的。

所以想要直升机在大气层中保持静止,那么首先就要让飞机从和地球运动的高速中静止下来,怎么操作呢?很简单,只要朝着地球自转方向飞,假如在赤道的话就是465米/秒,这个要求可不是一般的高,这么说吧,全世界的战斗机,能以这个速度长时间巡航的也屈指可数,超音速巡航和超音速战斗机是两回事,超音速巡航难度极高!

直升机飞行速度大约250千米/小时,折合大约69米/秒,直升机能跟上地球自转线速度的纬度是多少呢?大概纬度在80~81度的位置,早就在北极或者南极圈内!这里,直升机自西向东飞250千米/小时,大约就是所谓的悬停!
环游地球最省能源的方式
很显然这种方式其实就是现代飞行器出行的方式,无论到哪里都无法悬停达到目的,而是要切切实实的飞行,那么假如要环绕地球一圈,那种方式最快而且最节省燃料呢?

麦哲伦环球航行显然不行,太消耗时间了,卫星绕一圈几乎零消耗,但得花老多燃料先送它上天,所以这显然不是最节省能源的方式!

有一种几乎不消耗能源的环球航行,利用西风带和氦气球,因为在只要上升到8000-10000米,就会有一股稳定的环球气流,速度大约300千米/小时,这跟高铁时速差不多,二战时期日本就利用西风带将气球飘过太平洋轰炸美国,尽管这漫无目的,但造成的山火也确实让美国恼火不已!

这个西风带大约位于南、北半球的纬度35°~65°之间,范围很宽,随便找个地方,控制下高度即可到达此处,氦气球又无需补充,因此几乎可以零消耗环游全球!

地球在自转,它绕自转轴旋转一圈的时间为24小时。由于地表是固态的,地球的整体自转角速度保持一致,所以越靠近赤道的地方,自转线速度越快。赤道上的转动速度可达465米/秒,每天转动大约4万公里,这就是所谓的“坐地日行八万里”。

虽然我们无法直接感受到地球的自转,但通过一些现象,我们可以知道地球在转动。太阳的东升西落正是由于地球的自西向东自转引起的,我们把地表视作静止参照系,太阳就会看起来在天空中运动。同样地,夜空中星辰的升起和落下也是地球自转所致。

地球自转还会造成地转偏向力,这是科里奥利力沿着地表产生的分力。由于地转偏向力的存在,大气流动会受到偏转,使得一些地方会出现季风,这让古代人类的航海成为了可能。另外,热带气旋的移动也受到这个力的影响。不过,漩涡受到地转偏向力的影响可以忽略不计,排水口的初始扰动和几何结构才是真正起因。

既然地球在快速自转,那么,如果让一架直升机在空中悬停12小时,它会到地球的另一边吗?

事实上,直升机悬停在空中,下方的地表并不会转动过去。原因很简单,直升机也会被地球带着一起旋转,这是由惯性效应所引起的。

地球一直在自转,使得地球上的物体,就连空气,都会被带着高速运动。但地球非常大,而且在太空中运行十分稳定,所以很难觉察到我们一直在高速运动。我们通常会把地表视作静止参照系,导致物体看起来都是静止的。

在地表上的直升机本身随着地球转动,当它悬停在空中时,只产生了竖直方向上的力来抵抗重力,并没有消除掉水平方向上的惯性。牛顿第一运动定律表明,在没有水平力作用下,直升机就会保持最初的运动状态,跟着地球一同自转。12小时之后,直升机还是相对于地表不动。

想要抵消掉惯性,就需要让直升机在水平方向加速到地球自转的速度,并且方向与自转方向相反。如果是在赤道上,直升机的水平速度要达到465米/秒才行。在这种情况下,12小时后,直升机会飞到地球的另一边。

不过,现实中直升飞机的飞行速度并没有那么快,达不到超音速的水平。一般而言,直升机的速度都没有超过100米/秒,要在赤道上抵消惯性是不可能的,只有到自转线速度较慢的高纬度地区才行。

通过计算可知,在纬度为77.5°的地方,地球的自转线速度为100米/秒。也就是说,只有在高于77.5°的高纬度地区,直升机才有可能真正“悬停”在空中,让地球在其下方快速转动过去。

另外,我们也可以通过一个小实验证明,悬停12小时的直升机不会飞到地球另一侧。如果我们在赤道上,竖直向上跳起来,并在空中停留0.5秒的时间。如果下方的地表会转动过去,当我们落回地面的时候,距离起跳点将会达到232.5米,显然这是不可能的。

最后,再来考虑一下这种情况。假设在一列密闭的火车车厢内有一架无人机,在火车相对于地面静止时,无人机悬停在车厢内。当火车开动时,悬停在空中的无人机会被甩到车厢的尾部吗?



地球在自转,直升机在空中悬停12小时后,会到地球的另一边吗?

又到了每日一读的科普时间了,很多小伙伴喜欢研读科学,尤其对物理科学感兴趣的小伙伴们注意了,一个非常有意思的话题来了。我们都知道地球自转,才造成了一天的昼夜交替,那么有意思的来了。地球是圆的,那么直升机在空中悬停12小时后,回到地球的另一边吗?当然是不会的,原因如下。

01,惯性定理

首先为它做出解释的就是著名的物理定律——惯性定律。学过物理的同学注意了,问大家一个简单的物理小问题,万事万物都有惯性吗?当然,飞机这种物体在地球上当然是有惯性的。那么直升机飞行的时候在大气层内部,所以它的惯性带动它悬停在空中,而不是到达地球的另外一边。如果大家听不懂的话可以举一个更简单的例子来说明:火车在急速前行的过程中,火车中的人跳起后仍然落在原地就是因为人自身的惯性造成的。

02,地理知识

学过地理的小伙伴们注意了,这也是一个可以用地理知识解答的问题。如果忽略惯性因素不考虑的话(当然现实情况中不能忽略),在地球的各个位置,一天二十四小时太阳变换的位置是不一样的。这就是我们常说的经纬度不同,所以南极地区经常会出现极昼或极夜的现象,地球在自转的同时也在公转。所以,由于经纬度的不同,直升机在天空中悬浮的一天后会停在不同的位置(忽略惯性因素),所以,它不可能回到原来位置。

03,相对论

说到相对论这是一个很有意思的话题,很多人就是因为这个话题进了物理学这个行业。我们知道,现实生活中,拿一个遥控飞机在空中悬浮的话飞机会一直停在我们头顶,所以飞机相对于地球是不做运动的,这就是惯性所引起的。

但飞机相对于太阳是运动的,因为地球在绕着太阳转,飞机相对于地球静止,因此,飞机也绕着太阳在转动,在此过程中,飞机相对于太阳并不是静止的,而是运动的。尽管如此,地球运动,加上飞机所具有的惯性,造成了飞机原地不动的情况。

由上述三点可以清楚的看出飞机在空中悬停二十四小时根本就不会到地球的另一边,悬停多长时间它也不会,原因很简单,就算地球在不停地自转,由于飞机所具有的惯性,飞机会随着地球一起自转。所以,如果别人再问你这样的物理小科普的话,你就能轻松自如地解答他的问题了,是不是非常有意思呢?

以上仅是笔者个人观点,欢迎您评论补充。



会。因为地球自转一周是24小时,所以直升机悬停12小时候刚好在地球的另一边。

不会。直升机受到地球引力的影响,也会随着地球一起动,不会到地球的另一边。

不会,因为地球自转不会带动地球上的东西转,飞机只能自己飞到地球另一边。


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盛琬妇科: 不会. 直升机在地面上是和地球一起在自转,即相对地球静止,也就是有了和地球自转一样的速度. 根据牛顿第一运动定律,一切物体都有惯性,也就是能保持原来的运动状态. 所以,直升机起飞后,虽然脱离了地面,但是仍然保持原来的运动状态,仍然在和地球一起自转,加上飞机本身发动机提供的速度,直升机才能相对地面运动. 也就是说,直升机升空后,就算没有与地面接触,仍然具有和地球自转一样的速度.不可能直升机自己“不动”就能相对地面运动. 地球上的东西,包括大气层,都在和地球一起自转. 就算超出了大气层,地球引力仍然存在,比如地球对月球具有吸引力.事实上地球引力的作用距离是无穷远.

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