根據地球自轉,直升機懸停12小時,是不是就到地球另一頭了

地球在自轉是個小朋友都知道的話題,24小時自轉一圈大家也都瞭解,所以一架直升機起飛後懸停24小時,理論上就應該回到原來位置,似乎沒毛病?

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古人一直都以為太陽和月亮在繞著地球轉,比如集托勒密大成的地心說就認為地球是宇宙中心,從來都是不動的,但2000多年來卻沒發現一年中太陽的軌跡變化,也對月亮的軌跡每天都在變化視而不見。哥白尼在提出日心說以後,地球自轉也僅僅停留在理論上被接受而已,但地球自轉怎麼來證明卻是個問題。

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托勒密的地心宇宙世界

一直到1851年傅科用一個單擺證明了地球是在自轉的,他在巴黎萬神殿圓屋頂的中央,用一根67米長的鋼絲繩掛了一個28千克的鐵球,鐵球的下面是一個沙盤,如果地球不自轉,那麼這個單擺擺動時的行程經過的角度是不變。如果在轉動,那麼每次來回擺動時將會有一個小小的角度變化。

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傅科的單擺測試

單擺啟動後每個週期在沙盤格上移動約3毫米,每小時偏轉11°20'(即31小時47分回到原處),後來很多科學家都複製了這個實驗,除了頻率上有區別外,單擺的擺動時轉動是一樣的,週期與位置的關係是單擺位置緯度的正弦。

非常直觀的單擺運動

許多在傅科實驗現場觀看的角度對此非常驚訝,許久之後才喃喃的說“確實覺得自己腳底下的地球在轉動!”。

比如你躺在床上,或者站在地上,甚至讓感覺最靈敏的人來感知地球的轉動,很抱歉沒有人有這個感知水平,因為我們目力所及,所有的景物位置都不變,你可以在家裡設置一個經緯儀,對準幾公里以外的某個目標,如果你不去動經緯儀,那麼一年之後十字絲還是會牢牢的對準原來位置。

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為什麼我們感覺不到?

地球在轉動,而我們卻感覺到,這主要有兩個原因,一是我們地球引力讓我們站在地球上,這是無窮遠處朝向地球質心的一個彎曲的引力梯度空間,我們在地球表面受到的重力大約是9.8N/kg,而地球一天轉一圈的“離心力”0.3%都不到,而且這還是赤道地區受到的“離心力”,隨著緯度增加還更小一些,到兩極就是0。

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另一個我們感受不到的原因是所有的物體都受到9.8N/kg的重力影響,牢牢的被固定在地球上,當地球轉動的時候,一起在轉動!就像一艘無比平衡問的大船內,在沒有參照物的情況下是沒有人能分辨出大船在動的,當然地球還比較好,有星星月亮和太陽作為參考,但大家卻反而認為這些天體在運動!

理論上來說,直升機懸停後,地球不停的轉動,所以在赤道上,地球一小時轉動可達1620千米,那是否表示直升機飛行了1620千米?聽上去好有道理,那麼事情果然是這樣嗎?

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其實完全錯了,首先我們要注意一點,當直升機從地面上垂直起飛並懸停時,它所擁有的速度在各位看來是0,但它和此處地球自轉的線速度是一樣,也就是大約460米/秒(赤道地區),假如它要真正保持懸停的話,那麼它需要一個與地球自轉方向相反並且速度要達到460米/秒的速度。很抱歉直升機根本就到不了,因為絕大部分直升機的最高速度不超過80米/秒(約300千米/小時)。如果不容易理解的話,就像你在高鐵上,以每小時300千米的速度在高速前進,當你垂直跳起來1S重新落下時,中學知識即可告訴你,你會在原地不動,要不然這一秒鐘時間列車可以前進80米以上,不是你撞在車內的牆壁上,就是落到列車外。但這個事情不會發生,因為在沒有施加外力的情況下,你會繼續保持之前的運動狀態。

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所以直升機懸停24小時,它仍然在同一個地方,但並不是說直升機已經繞了地球一圈,而是它哪都沒去。所以當你懸停12小時的時,它也不會到達地球的另一邊。


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