地球本身在自轉,每24小時完成一圈自轉。如果一架直升機豎直起飛,然后一直懸停在空中,經過12小時之后,直升機會到達地球的另一端嗎?
顯然這是不可能的。如果直升機懸停12小時就能到地球的另一端,環球飛行那就簡單多了。事實上,無論直升機懸停多久,它始終相對于正下方的地面是靜止的,并不會出現直升機不動,而它下方的地表轉動過去的情況。
原因其實很簡單,就是“慣性”。
地球確實在高速自轉,在不同緯度的自轉線速度不一樣,越靠近赤道,線速度越快。在赤道,地球自轉線速度可達每秒465米。而在緯度45度的地方,線速度約為每秒330米。到了南北極點,則線速度為0。
除了極點,無論在地表何處,那里的物體都會被地球帶著一起自轉,它們的速度都等同于當地地表自轉線速度。被帶著一起自轉的物體不僅包括各種可見的東西,而且也包括肉眼看不見的空氣。因為所有物體都在一起轉動,它們都有一樣的慣性,它們之間也就沒有相對運動。
空氣雖然懸浮在空中,但它們受到地心引力的作用,被緊緊束縛在地表周圍,它們也會隨著地球自轉而一起轉動,空氣也是有慣性的。如果空氣沒有隨著地球轉動,由于地球自轉帶來的相對運動,地面就會刮起每秒數百米的極端暴風。要知道,作為最高標準的風速,17級風力的上限也只有每秒61.2米。
就算直升機能一直懸停在空中,但它一開始就有一個慣性,隨著地球以一定的速度轉動,它并沒有抵消掉這種運動速度,所以懸停的直升機還會跟著地表、空氣一起轉動。正因為這種慣性的存在,懸停的直升機不可能會相對于地面發生橫向移動,更不可能就這樣飛到地球的另一側。
這就像在生活中,車里面飛進去一只蚊子,如果把車開到高速上,開到時速100公里,蚊子也不會被甩到車的后面,而是在車里照常飛行。因為車里的空氣、蚊子都會被汽車一起帶著前進,都有慣性,它們之間并沒有相對速度。
有人曾經做過這樣一個有趣的實驗,在密閉的卡車里懸停一架無人機,卡車從零開始加速,無人機會相對于卡車稍微往后移動一小段距離,然后懸浮在那里,保持與卡車相對靜止的狀態。
當卡車加速時,而無人機密度相對較大,一開始沒有隨著空氣快速前進,所以它還懸停在原處,保持原有的狀態,而卡車在加速,這樣看起來無人機會向后移動一小段距離。等到卡車拖著里面的空氣快速向前運動時,空氣最終也會推著無人機向前一起運動,使其獲得與卡車一樣的速度,這樣就會讓無人機懸停在卡車中,不會再往后移動。
另一方面,如果車子是開放的狀態,空氣與外界是連通的,那么,空氣就不會被車子一同帶動起來,也就不會推著無人機向前運動,這樣無人機就會懸停在原處,而車子則會向前進。
回到直升機與地球的例子,無論直升機懸停多久,它下方的地表都不會轉動過去。除非地球突然停止了自轉,那么,由于直升機本身還有繼續轉動的巨大慣性,它就會與地面發生相對運動,向前飛去。
當然,地球是不會停止自轉的。因為太空是空蕩蕩的,地球的自轉不會受到氣體的摩擦作用。不過,由于月球潮汐力的作用,地球自轉速度一直在變慢。地球在46億年前剛誕生的時候,自轉一圈只需4小時。而在數百億年后,當地球與月球相互潮汐鎖定時,地球的自轉周期將會延長到47天。
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