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太陽每天的東升西落,星辰在夜空中的轉動,都是由地球的自轉引起的。既然地球在不停自轉,如果一架直升機在某地豎直起飛,并在空中懸停,經(jīng)過12小時之后,它會不會到達地球的另一端呢?
根據(jù)測量,地球繞自轉軸轉360°所需的時間將近24小時。地球自轉的角速度并不快,每小時才轉過15°,一天才能轉一圈。但地球表面非常大,這使得地球的自轉線速度可以非常快。
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緯度越低,地球的自轉線速度越快。在北緯和南緯30°的地方,地球自轉的線速度約為402米/秒,即1446公里/小時。在赤道上,地球的自轉線速度最快,可以達到465米/秒,即每小時1674公里,每天4萬公里。
盡管地球在自轉,當直升機在空中懸停時,位于其下方的地表并沒有快速轉動過去。不然的話,我們早就可以用這種方式實現(xiàn)環(huán)球飛行,但事實不并非如此。這背后的原因很簡單——慣性。
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當?shù)厍蜃赞D時,在地球引力的作用下,也會帶著地球上的所有物體一起轉動。即便是矗立在地上的大樹,或者看不見的空氣,它們也會隨著地球自轉而運動。只是我們都在隨著地球轉動,與大樹保持相對靜止,所以并不會覺得大樹在運動。
地球非常大,轉動十分平穩(wěn),我們無法直觀感受到地球的自轉,只能通過日月星辰的運動,來間接知道地球在自轉。這就如同在平穩(wěn)行駛的高鐵上,如果沒有窗外的參照物和高鐵運行時發(fā)出的聲音,我們也無法知道高鐵在運動。
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當直升機起飛,并懸停在空中時,它仍然有隨著地球轉動的慣性,還會跟著地表一起轉動。在12小時之后,直升機會隨著地表一同轉過半圈,直升機并不會獨自飛到地球的另一端。
還是以高鐵為例,當我們乘坐高鐵勻速前進時,原地起跳之后,落下來仍然在原來的地方,而不會落到車廂的尾部。因為高鐵上的人有慣性隨著高鐵向前運動,人與高鐵在水平方向上保持相對靜止。
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除非直升機有一個與地球自轉方向相反的速度,來抵消掉慣性,這樣對于直升機而言,它下方的地表會不斷轉動過去。在12小時之后,直升機將會到達地球的另一端。但對于地面上的觀測者來說,地面是靜止的,而直升機以很快的速度在向前飛行。這其實變成了靜止參照系選擇的問題。
地球的自轉沒有停歇,地球上的物體也一直有慣性。試想一下,如果沒有慣性,在緯度為30°的地方,我們原地起跳,騰空1秒后落下來,地表就會轉過402米,下落點和起跳點將會變得非常遠。
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對于時速300公里的高鐵,我們原地起跳騰空1秒,如果沒有慣性,下落點將會距離起跳點達到83米。顯然,這些現(xiàn)象并沒有出現(xiàn)在現(xiàn)實中,豎直向上起跳之后,最終只會落到原地。
總之,在地球自轉時,直升機也會被帶著一起轉動。當直升機懸停時,它隨著地球轉動的慣性依然存在,所以它相對于地表仍然是靜止的。經(jīng)過12小時之后,直升機并不會到達地球的另一端。
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