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为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道

2020-08-17 13:18阅读(77)

为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?:为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以

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为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?


你说的没错,惯性一直存在着。飞机不论离不离开地球,离开的久不久,飞机都是以自转的地球为参照物,飞机的速度都是相对于地球自转的表面线速度而言, 这跟是不是和地球接触、是不是在大气层无关。即使象人造地球卫星离开大气层了,它的速度也是相对于地球自转的表面线速度而言。这也是航天发射为什么尽可能选择纬度低的地方的原因,因为纬度越低的地方的自转线速度越大,航天器可以借助这个速度较轻易地达到第一宇宙速度,火箭可以节省很多燃料,相当于提高了运力。

位于赤道附近的库鲁航天发射场

我们知道人造卫星的第一宇宙速度又叫环绕速度,大小是7.9千米/秒,它是相对于地球重心的,不是相对于地球表面的,这时可以把地球看成一个质点。象赤道附近的线速度达到了40000/(3600x24)=0.46千米/秒,所以在赤道附近,卫星只要相对于地球表面以7.9-0.46=7.44千米/秒的速度运动就能环绕地球。同理顺着地球自转方向发射卫星要比逆着地球自转方向发射卫星要省力。这一切都因为惯性的存在。

当然我知道题主在这里说“惯性一直存在吗”指的是飞机随地球自转的惯性趋势还在吗的意思。按照牛顿力学,惯性是物体本身的属性,物体质量是惯性的唯一量度。所以只要飞机还在,它的惯性就在。

不过马赫认为惯性离不开引力,他认为惯性不是物体的固有属性,是宇宙中其他物质作用的结果,在非惯性系中“惯性力”不是虚拟的趋势,而是一种引力的表现,是宇宙中其他物质对它的总作用。爱因斯坦吸取了他的精华,从惯性质量等于引力质量这个事实出发提出等效原理,创立了广义相对论。这个等效原理是说引力场局域等同于惯性场。太空中地球、月球、太阳和其它行星等等形成的引力场很复杂,因此人造卫星的惯性场也会很复杂,人造卫星从地球发射后,在近地轨道以内主要还是受地球引力场的作用,惯性趋势还是离开地球前受到的地球表面运动趋势。

飞机是在远低于近地轨道的大气层中飞行,它的惯性更是受地球表面的运动趋势。人造卫星离地球越远,受地球影响越小,受月球、太阳和其它行星的影响则越来越明显。
地月之间有一个引力平衡点,探月卫星沿着地月转移轨道到达这个平衡点后就只考虑月球引力而不必考虑地球的影响,它的惯性只受月球引力场影响。同理那些行星际探测器的飞行情况会更复杂。由此可见科学家计算设计航天器轨道的工作是非常复杂的,考虑的因素非常多,惯性因素更在其中,计算的式子绝非简单的几个万有引力公式,当然在目前牛顿力学足够解决这些问题,随着人类探测能力的提高,广义相对论肯定会发挥越来越重要的作用。

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这个问题有些奇怪,飞机飞行并非不考虑地球自转的速度,而是已经叠加了地球自转速度,当然了,这是从太空视角来看的结果,如果以地表的人类的视角,因为人类与地表可以认为是相对静止,因此地球自转对飞机速度产生的影响是看不出的。

我们都知道地球自转周期是24小时,也就是每24小时,地球就会转一圈,而赤道的周长大约是4万公里,因此赤道上的线速度能达到每秒460多米,这个速度已经超过了在标准状况下空气中的音速。

但如此高的速度,为何对人类的生活没有产生严重影响呢?原因很简单,因为人类也是跟着地球一起转的。如果站在地表上观测其他人,因为他们站立在地面不移动,所以会得出他们速度为零的结论;但如果我们在太空中观测他们,他们的速度就地球自转的线速度了。

因此这样的结论同样适用于飞在天上的飞机。

如果还是不能理解,那么你可以这样想:按照题目的意思,直升机只需悬停在空中24小时,不做前后飞行动作,只需等着地球自己转,就能轻松环绕地球一周了。很显然,这是不可能的。

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这根本不是惯性的问题,而是地球引力的问题。

小时候一直很奇怪,既然地球是不停自转的,那么我原地跳一下应该落在其他地方啊,但是实际上不管你跳多高还是落在原地。同样的道理飞机飞在天上也无法做到这一点,它的速度还是相对于地面静止物体的速度。这是由于我们忽略了地球外面包裹的大气层,它里面的空气也属于地球的一部分,也会受到地球引力,也随着地球在自转。

我们以为的地球是蛋黄,但是却忽略了大气层这厚厚的蛋清。飞机飞起来后虽然离开了蛋黄,但还是被蛋清包裹着,所以飞机想要飞到哪里还是要自己动手。

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飞机离开地面后确不用“考虑”地球自转速度,因为飞机的惯性一直存在着,所以飞机起飞前后与地球保持相同的线速度,这与有没有空气没有太大关系,因为大气层也和飞机一样保持着相同的线速度!

想想汽车里的蚊子就明白了,汽车高速行驶,蚊子仍能非常平静地在汽车里飞来飞去,从汽车的后面飞到前面,飞机之于地球就像蚊子之于汽车一样!当然前提是汽车窗户是封闭的,而事实上地球大气层也可以看做是封闭的,因为地球引力作用把大气层牢牢“固定着”!

之所以很多人对于飞机飞行有可能是“悬停”的状态,有些人甚至会认为如果悬停12小时就能到达地球另外一边!

这种想法是典型的认知局限性,把飞机同地球隔离来看,如果是这样的话,你直接跳起来在空中停留1秒,你降落时地面可能飞行了上百米!

再举个例子,我们应该都放过风筝,用一根线拉着风筝跑,风筝当然会跟着我们跑。而地球对飞机的引力虽然我们不能直接看见,但实际上就相当于地球和飞机之间有一根绳子,地球拉着飞机一起自转,如此这样飞机怎么“悬停”呢?即使飞机飞离地面,这跟绳子(引力)也一直存在着!

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(首)因为地球对飞行的飞机仍然有吸引力作用。

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不知道大气随着地球转吧,要不然飞机飞起来等着就可以在一个经纬上到某地点降落了。

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首先空气也在随地球自转,所以飞机不管飞多久,都用不着考虑地球自转。

但即便没有空气,换成火箭在天上垂直悬停,也同样不需要考虑地球的自转。

先看看下面这张动图体会一下什么是惯性。

图示:用生命验证惯性定律

在一辆行驶的车中玩蹦蹦床,这人为啥没落到地上,还能落回行驶的车中呢?

有三个原因:

1、被弹起的人具有惯性速度,方向和大小和车保持一致

2、车是匀速运动,没有在人弹到空中后突然加速或减速

3、车的两边有挡板,挡板内的空气也在近乎用同样的速度在同向运动,这就减少了空气阻力对空中的人的影响,这人弹出挡板后,还自己用狗刨来消减部分空气阻力影响,当然狗刨的作用最低,但能提供点心理安慰。


再看一张怎么抵消惯性的动图。

图示:垂直落地的奇怪弹丸,如果你不觉得奇怪,那你对惯性还是缺乏深刻体会


要让一辆运动的车上所释放的一颗弹丸,在地面观察者眼中垂直落地,那就意味着需要抵消这颗弹丸本身所具有的向左运动的惯性,要做到这一点倒也不难,只要让弹丸用同样的速度向右运动即可,通过伽利略速度合成公式,就能让该弹丸的水平速度相对于地面的静止观察者来说,速度为零。警告,这是相对于地面静止的观察者而言是速度为零,垂直下落。但对于处在车上的观察者来说,他所看到的场景却是弹丸在向右运动,划出一道抛物线落地,当然这是车上的人如果将自己设成不动的一方,才会有这样的效果,这张动图缺乏汽车上的视角,非常可惜。


不要说飞机飞十几个小时,从地球出发的宇宙飞船也会带着它们获得的惯性在宇宙中永远穿梭下去呢。比如当我们飞往月球时,由于太空中没有空气阻力,升空后的宇宙飞船在摆脱地球的引力之后,就只需依靠惯性就能到达月球,不需要再额外耗费燃料来加速,恰恰相反,在到达月球时,不想和月球擦肩而过,要实现绕月或登月,那就还得想办法减速呢,这要消耗部分自带的燃料,并巧妙利用月球的引力实现减速,将月球引力当阻力来用。

图示:中国嫦娥一号近月制动减速,让自己成为月球的卫星。


最后看一下,牛顿第一运动定律吧

假若施加于某物体的外力为零,则该物体的运动速度不变。

运动速度不变的意思是,静止的物体不会自己动起来,运动中的物体不会自己停下来,会继续保持匀速直线运动状态。这种维持运动状态不变的性质就被称为“惯性”。牛顿第一定律又因此被称为“惯性定律”。

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这个问题是于地球同步的,由于地球的引力,飞机在空中飞行也受到牵引的作用。比如直升机在地面上空漂浮三十分钟,地球在转旋,直升机还在原地上空没动,只是还在上空漂浮。这就是地球牵引力的作用。

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首先飞机离开地球那么久,是飞了高空航空线。可是降落后,机场停了。就没有惯性了。停止了,什么惯性也没了。而地球公转自传是不会停止的,一直都在转。所以太空引力发生磁场反应一直有。惯性是地球公转自传的轨道,让月亮??太阳?东西运轨。你东我西,你西我东。年复一年,日复一日。都是这样运轨。中间地球在自传公转,一直是这样。白天黑夜形成了。有太阳照的时候是黑夜。没太阳时候,有月亮星星??。这是黑夜。相反南北东西半球。你白天我黑夜,你黑夜我白天。而且有的地方,黑的早。它明的也早。因为那里纬度低的特殊,太阳?升起时有第一地平线美称。3点多就快黑了,就是落山时也黑的早。现实中的美国和我们的中国就是其中一个例子。中国白天,美国黑夜。美国白天,中国黑夜。

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由于科学知识不多,对这问题一直有疑惑。飞机从机埸离开地球后,由于地球自转,飞机能测绘出机埸吗,飞机也赶不上地球的自转速度呀。原来只有这么想,大汽层的空间物质,于地球是同一体的,所以飞机虽然离开地面,也是在同一个物质之中,同一个方向的自转,只是飞机本身飞行的质量而已。