如果飛機在萬米高空停12小時,根據地球自轉原理,12小時後會不會停在地球另一端?

取個命字好難


把飛機停12小時改成一個熱氣球或直升機的懸停,這題更不容易有歧義。但簡單地說不會,原因則是因為慣性定律。

地球上的物體本都帶有地球自轉的慣性,否則在無風環境下,往天上升的氫氣球,豈不轉眼間就不見了,不可能近乎垂直的上升,它將迅速地被地球的自轉拋到身後去。而這必將誘發慘案,因為地球自轉的速度非常快,在赤道上有每小時1670公里呢,這事兒可不能開玩笑。

說到地球自轉,要怎麼才能簡單的證明,地球真的在自轉呢?

有個簡單實驗,“落體偏東”現象,就可以證明地球真的在自轉。


落體偏東現象可證明地球在自轉。

西方世界許多科學家早就猜想到了地球一定在自轉,但因為教會思想的壓制,這種思想被禁止傳播,其中最出名的大概就是對伽利略的審判。

圖示:1633年伽利略被宗教法庭宣判有罪並處終身軟禁,裁決他所宣揚的一切都是異端邪說,其中就包括地球在自轉和公轉。


但這事兒終究遮掩不住,地球自轉的證據其實很多。不同的物理學家提出了不同的證明地球在自轉的方法,其中提出萬有引力定律的牛頓提到了一種看似簡單的證明地球在自轉的方法,那就是自由落體法。為什麼可以用自由落體法檢驗地球是否在自轉呢,因為在角速度相當的情況下,高處的物體圍繞地球自轉的線速度更快。


想像一個旋轉的圓盤,盤上的每一個點都在一分鐘之內圍繞圓心轉了一圈,所以盤上每個點的角速度都相同,即每分鐘轉了360度角。但盤上離圓心遠近距離不同的點,走過的圓周長則是不同的,而圓周長=2*Pi*半徑,但所用時間都是一分鐘。圓心的線速度為零,隨著點越來越遠離圓心,其線速度則越來越大。


在地球上也同樣如此,只是把二維的圓轉變為三維的球,把地球想像成許多許多圓堆積成的一個球即可。很容易得到結論,赤道上的線速度最大,因為赤道切出來的圓最大,赤道上的點離圓心最遠。隨著維度變大或變小,圓也越來越小,於是線速度也越來越小,到兩極的極點,理論上這只是一個點,所以它的線速度為零。

排除極點這種特殊區域,在地球上大多數地方,當一個物體從高處自由下落時,假如不考慮或者可以排除空氣阻力影響,那麼重物的落地點都將偏離高點和地心的連線點(鉛錘線),而是會往東偏斜一些,這被稱為落點偏東現象。所偏離的距離完全可以通過線速度差計算出來。

圖示:落體偏東是因為高點A處的線速度Va > 低點B處的線速度Vb,B點則是鉛垂線指向地心的與地面的交點。即AB地心,三點一線。


當A處的物體自由下落時,它將保持在高點A處所得到的線速度繼續圍繞圓心運動,由於這個速度大於地面B處的線速度,所以當物體落到地面時,自然不會恰好落到B處,而會落到更偏東一點的位置,這是圍繞地心旋轉的速度有差別帶來的結果,和地球自轉的方向保持一致,從西向東轉。


但要做這個實驗,首先東西要足夠重,可以忽略空氣摩擦對線速度的影響。其次AB兩點線速度差別越大,實驗結果越容易驗證。所以在赤道上做這個實驗是最佳選擇。經過計算,在赤道上做落體偏東實驗,只需從35米高的地方下落到地面,物體就會向東偏離11.5毫米呢。


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三思逍遙


提問者的意思很明顯:是問假設一架飛機起飛後,只在空中懸停而不前進,過12個小時後再下落,能夠憑藉地球自轉,下落時處在地球另一端?

直接答案:如果垂直起飛後不前進,那麼下落後仍然是原地。

對答案的幾點解釋:

  1. 問題中根本不需要如下面回答中討論選擇太陽、月亮、地球哪個作為參照物的問題,停在空中當然選擇的飛機周邊的大氣層作為參照物最簡單了,選擇其他參考系會將問題複雜化。

  2. 地球自轉會帶動大氣層一起自轉,所以如果飛機相對於大氣層懸停不前進,其實大氣層是隨著地球一起也在自轉,相當於飛機也在隨著地球自轉,那麼落下時當然就是起飛的地方。

  3. 題主配圖錯誤,題中配圖為噴氣式固定翼飛機,這類飛機起飛的原理是伯努利方程,在空中是無法實現懸停的。或者說如果這類飛機相對周邊大氣的前進速度為零,那麼大氣對於飛機翅膀的浮力就為零,飛機就會掉下來。

  4. 能夠實現懸停的飛機必須是直升機,民用直升機的升限為3000米左右,我國的陸軍航空兵的Z-9直升機最大升限6000米,法國的SA315B“美洲駝”直升機創造的最高升限記錄為12442米。

圖釋:上圖為美洲鴕直升機
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核先生科普


如果飛機在萬米高空停12小時,根據地球自轉原理,12小時後會不會停在地球另一端?

這是一個非常迷惑人的問題,從理論上看完全是沒有問題的,但有很多人可能忽略了一點,當你覺得一動都沒有動的時候,其實你是被地球帶著在高速運動的!

地球一直在自轉中,23時56分4秒完成一圈,地球的半徑約6370KM,那麼據此可以計算出地球的赤道地區約460M/S左右的線速度在高速運動中!

因此會被你忽略的是,這每秒460M/S是飛行器本身所擁有的,即使停在機場上不動,也一樣是這個速度,為什麼沒有感覺呢?因為地球的直徑非常大,而且接近24小時才自轉一週,並且周圍的空氣等基本都是同步的,因此我們以如此高速在運動卻沒有任何感覺!

但當飛行器到了空中,如果要保持某一點不動的話,就要在地球自轉的反方向運動速度超過460M/S才能抵消地球自轉與生俱來的速度!而這個速度則大大超出了大部分飛行器的速度!

SR71黑鳥肯定是可以實現的,因為它極速能超過3馬赫!

大部分戰鬥機也能實現,但保持不了太久,一般也就數十分鐘超音速,F22和J20應該可以長時間保持在1.5被音速左右,勉強達到這個數值!

客機中也就協和(2馬赫),圖-144(2.2馬赫)能達到,但是連續飛行12小時似乎不太可能!

因此想要停在那個位置(絕對位置)是要耗費大量的燃料的,而讓你耗費大量燃料才能保持住位置的罪魁禍首是地球,因為地球帶著你在每天在繞圈圈周遊世界,而你卻從來都沒領過地球的情!

地球每天都在這樣運轉著,完全免費!


星辰大海路上的種花家


什麼叫“在萬米高空停12 小時”?停是相對於什麼停著?如果你能做到讓飛機相對於天上的太陽不動,12小時後飛機必定出現在緯線圈的另一端,24小時後必定又回到之前的位置。必須要這樣。

中國古代的神話傳說中就有一位人物要實現這樣的壯舉,他就是夸父。他做了一件驚天地泣鬼神的大事,他不要黑夜,他要一直有光明,所以他要和太陽保持相對靜止。

人類生活在地球上,一般而言,所謂的靜止、運動都是相對於地面。如果飛機相對於地面懸停在高空,不論多少小時,只要飛機能懸停在那裡,它相對於地面就是不動的。

而夸父是要和太陽保持相對靜止,他就必須在地面上奔跑,太陽向西走,他必須跟著向西跑。如果夸父有個騰雲駕霧的本領,他就能夠在空中駕著祥雲和太陽保持相對靜止。在夸父看來,此時他就是相對於太陽懸停在空中。夸父不動,地球在轉,這樣過24個小時,地球又會轉到之前的位置。

人類現在的技術完全可以做到夸父追日。地球赤道上的點繞地球自轉的線速度大約是466米每秒,如果戰鬥機在赤道上方以460餘米每秒的速度向西飛行,12小時後必然出現在了地球的另一端。當然這裡的懸停不是相對於地球不動,是位置相對於太陽不變。如果在低緯度的話,飛機的飛行速度還可以減小到客機的速度。目前,在有些加拿大和俄羅斯之間的客機上就能體驗夸父追日的震撼。


刁博


看了一眼下面的回答,越來越氣憤,有的人連基本物理知識都不具備就亂說一通。有的更是在詆譭題主。一切問題都有思考的價值,一切思考都有其獨特的意義,這句話在回答問題的幾位身上已有體現---連這個問題都沒有思考明白就大放厥詞,足見這道題對以下諸位都多大的價值。

迴歸問題本身,產生多解的關鍵,在於題主的“停”字,停表示靜止的一個狀態。在不強調參照物的基礎上,我們一般認為是以地球作為參照物描述物體運動的。以下我們分別從相對太陽靜止和相對地球靜止兩種情況討論。

(1)相對太陽靜止:如果相對太陽靜止,那麼恐怕是不可行的。地球公轉一週需要一年按365天計算即8784小時,12小時內地球公轉角度約為0.02rad,換算為路徑長度約1283435.3千米,也就是說12小時後地球與飛機之間的距離已經是1283435.3千米了...如果題主認為相距這麼遠無所謂,只考慮是否到地球另一面的話,那麼可以看下一種情況了。

(2)相對地球靜止:相對地球靜止即認為是同地球一起做公轉運動。這時要考慮的是地球與飛機之間有沒有相對運動。很多人拿蒼蠅的例子說明飛機與地球是相對靜止的,認為沒有相對運動,這是不正確的。我們假設飛機是直升飛機,那麼飛機自地面直升起飛繼承了地面的初始速度,即該點出地球自轉所產生的速度,大小為V0=w*R,其中w為地球自轉角速度,R為該點到地心的距離認為6400千米。等飛機到達萬米高空時,軌道半徑已經是6410千米,原先繼承的線速度已經跟不上地球的步伐,所以直升飛機正下方的點將不再是原來起飛的點。那麼在這種情況下,需要多久到達地球的另一端呢?其實就是起飛點高空一萬米處與飛機運動距離差半個地球周長的時候。即t=6410π/w(6410-6400)=7704.002小時。

所以到達另一端是可以的,但不是12個小時。除非保持飛機沿著地球公轉半徑起飛,並靜止在這條半徑上。


錦繡科學小鎮


答:這就是一個相對速度的問題,你要是能保證飛機相對於地軸沒有相對位移(在太陽參考系中),那麼12小時後你就會到達地球另外一端,但是付出的代價遠比你正常飛到地球另外一端高很多。


飛機從一座城市飛到另外一座城市,我們選取的參考系一般是地面,此時飛機的飛行速度指的是相對於地面的速度。然而我們知道,地球存在自轉,自轉週期是24小時。



從空間上看,我們把飛機停在空中,然後地球旋轉飛機不跟著旋轉,那麼12小時後,飛機當然處於地球的另外一端,這點是毋庸置疑的。


但是,我們要把飛機停留在空中是很困難的,因為地球大氣本身跟著地球自轉,我們把飛機停在空中,那麼大氣層相對於飛機就有相對運動,此時飛機既要克服空氣阻力,還要克服地球的引力。



最終結果是,飛機需要消耗巨大的能量來維持懸停狀態,與飛機正常飛到地球另外一端相比,是不值得的。


我們拿數據說話:赤道處接近地面的直升機,需要以464m/s(1670km/h)的速度自東向西飛行,才能保持和地軸相對靜止的狀態“相對於地球懸停”,在實際當中是根本不可行的。




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艾伯史密斯


我們可能會覺得「停住」是一個簡單的概念——停住就是不動,這有什麼難以理解的呢?

但這種模糊的、直覺的認識,就會讓人們產生一些似是而非的理論,比如題主的理論——如果飛機在萬米高空停12小時,根據地球自轉原理,12小時後會不會停在地球另一端?

你在汽車上不動時,你與其它乘客之間沒有運動。可是地上站的人看你可不是這樣——你正在飛快的運動。所以,但凡提到運動,都需要考慮「參考系」。

所謂參考系,就如上面所說的汽車。你以汽車為參考系,那車裡的人都不在運動。但你若以地面為參考系,車裡的人又回飛速的運動。

那題主說的「飛機在萬米高空停12小時」,這裡的「停」是相對於什麼的呢?換句話說,它的參考系是什麼呢?

參考系的選取至關重要。

若將參考系選為飛機下的地面,那十二小時後,飛機相對地面的位置不會有任何變化,不會飛到地球的另一端。

若將參考系選為地心,那確實,飛機會在十二小時後到達地球的另一端。

但若將參考系選為太陽,那十二小時後,飛機就已經進入太空了。

總而言之,談及運動的時候,一定要注意參考系的選取。


章彥博


這是一種想當然的說法,第一點就是強制飛機靜止不動,這在現實中是肯定不可能的。

地球每24小時自轉一週,地球赤道附近的自轉速率是465m/s,摺合成1674km/h,這樣的速度是一般戰鬥機的速度了。

題主的本意是,讓一架飛機靜止不動(強制性),隨著地球的自轉,飛機不動,地面上的景物卻在飛速的變化著,如果在赤道附近,竟然超過了聲速。這樣的想法只能在腦海裡完成,現實中,無論如何也辦不到的。

平常的情況下,我們在乘坐熱氣球的時候,也沒見到地面在飛速的旋轉著呀,題主忽視了一個問題就是,無論是地球上的人或植物,還是大氣層,都是地球的一部分,運動都是同步的,是一個整體,保持著相對靜止。

雖然,題主的意思辦不到,但是下面這樣的情形卻可以辦到。

如果一架戰鬥機不用加油,或者一直採用空中加油的方式,追著太陽進行飛的話,是可以一直停留在白天的情況下的。


科幻船塢


我猜題主的意思是飛機停止飛行就像直升機那樣懸浮在空中是不是這樣?實際上飛機向前飛只是加速運動,加速也就是為了擺脫與地球的同步自轉,只有擺脫與地球同步才可以實現到達自己想到的另一目的地。如果停止別說12小時就算是停一個月,一年飛機也不可能出現在地球的另一端。


飛機並不能因為停留在空中不動沒碰著地面就可以擺脫與地球的同步自轉讓地球自個兒轉,地球轉飛機一樣還是會跟著轉。地球上所有的東西都不可能因為自己不動而實現時空穿越。除非你可以做到讓自己相對於太陽靜止才有可能實現穿越的目的。


狐說財經


我們都知道運動是相對的,那麼題目中的“停”就要明確一下是相對於誰停止。

如果是相對於地面靜止,都原地不動了,怎麼會達到地球另一端呢?

很顯然,這裡的“停”是相對於地球的自轉軸

(注意一下,有人認為是相對太陽靜止,但嚴格來說:雖然地球公轉一圈要花一年的時間,貌似12個小時很短,但實際上地球相對太陽的速度是30公里每秒,那樣的話,飛機很快就會遠離地球進入太空了)

那麼這架在萬米高空的飛機該如何保持與太陽的相對靜止呢?

很簡單,它必須開著發動機,飛機速度同地球自轉方向相反,數值比地球自轉速度略快,這樣它就能“停”下來,保持12個小時後,自然就到了地球另一端。

但。。。這樣還有什麼意義呢?要知道地球的自轉速度在赤道附近是每秒460米左右,因此這架飛機需要連續12小時,保持超音速狀態。

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