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地球每天自转一圈,如果飞上天不动,12小时能到达地球对面吗?

本文基于回答网友问题:地球24小时自转一圈,如果飞到天上100米不动,12小时后会不会自动到达地球另一面?

这个问题有点像自己揪着自己的头发能不能离开地面

地球在转,我们也在跟着转。地球虽然不能说是一个标准的惯性系,但我们可以把它看作一个相对的惯性系,人们在地球这个惯性系里,如果没有外力,就永远是跟着地球转。

为什么地球不是一个标准惯性系呢?因为地球不是做匀速直线运动,而是由于受到太阳引力,围绕着太阳公转做着圆周运动,我们现在把它看作近似于匀速直线运动的惯性系而已。

惯性定律是牛顿力学的第一运动定律,可以表述为:任何物体都有保持匀速直线运动或静止状态的惰性,只有外力才能改变它。通俗地说,就是任何物体都有保持它运动状态的基本属性,如果没有外力去改变它,它就会一直这么运动或者静止下去。

比如一块石头,躺在地下,你不动它或没有其他外力动它,它就会永远在那里,直到被风化。我们人类以及地球上的一切物体,都在地球这个相对惯性系里面,跟着地球做同样的运动,如果没有外力,我们就一直保持着这种状态。

地球每天转一圈赤道周长约4万千米,因此每秒线速度约460米。地球上所有物体,包括人都在这个惯性系里,也跟着以每秒460米速度在转,相对地球就是静止的。当然这个460米/每秒是指赤道,随着纬度的升高,线速度就会越来越慢,到了极点线速度为零。我们这里就不展开说了。

在地球的感觉有点像我们坐火车或者坐飞机

人们乘坐在一列火车上或者一架飞机上,假定这个火车或飞机是以匀速直线运动,它们无论以多快的速度在运动,乘坐在里面的人或者苍蝇蚊子,就会一直跟着飞机或火车以同样速度在做匀速直线运动,除非火车或飞机改变速度,或者改变方向,拐弯等等,或者看到窗外的参照物,我们都感觉不到自己在运动。

从这个意义上来说,我们可以把飞机或火车看作一个惯性系,人们乘坐火车或飞机,就会在这个惯性系里,和火车飞机一样的速度做着匀速直线运动。我们起来走动,苍蝇蚊子飞起来,都还是与火车飞机同样速度运动,只不过通过“走”或“飞”的外力,相对火车飞机移动了一些位置而已。

你即便跳起来,落下来还是会在原地,而不是被火车或飞机甩掉到后面。因为火车飞机以什么速度在运动,你跳起来也还是以什么速度在运动,落下来当然还在原地了。即便你有个什么方法把自己吊起来,你还是会与火车飞机同步前行。

当然,地球上有空气,有地球引力,我们的惯性运动会受到空气阻力或地球引力作用,这也是外力,就会影响惯性运动。宇宙飞船如果在真正无引力和真空无阻力的太空飞行,没有外力阻扰,依靠惯性就会一直匀速直线地飞下去。这就是惯性的意义。

在地球这个参考系里,即便飞起来,也还是在匀速运动

地球每时每刻都在以每秒460米的速度自转,而且在每秒以30公里的速度公转,我们人类和地球上万事万物也就像火车上的人和货物一样,以同样的惯性速度在运动。

即便离开地面也还是随着地球一起在运行,因为大气也在随着地球自转做着同步运动。我们可以设想一下,如果地球大气不随着地球自转运动,那赤道上的风速就会达到每秒465米,而且每秒都会不停地在刮。

465米/每秒的风速是什么概念?12级台风风速才达到30几米每秒,17级顶级飓风每秒才50几米。在每秒465米的超级风暴下,地球上还有一根毛能够留住吗?所有生态将全部灭绝。

当然,地球自转对大气环流还是有影响的,但这种影响并不是地球每秒以460米速度运动,大气可以在天上不动的那种影响,而是在不同的纬度,由于地球转速不一样,大气转速也不一样,加上冷暖空气对流,才形成地球万千变化的气候。这里就不展开说了。

因此,在地球上,你悬在空中,只是用外力改变了抵抗地球引力的部分,飞了起来,但你没有用外力改变匀速直线运动的状态,这样,不但你过了12小时不会到达地球另一面,就是过了100年,如果没有外力推动,也还是改变不了位置。

改变惯性状态的唯一办法是外力

地球上的一切都是随着地球自转和公转在运动,如果没有外力改变,就一直会这样保持下去。惯性说穿了就是惰性,就是不改变原来的样子,要有外力推动才改变。这有点像俗话说的某些人惰性太大,推一下才动一下。

因此,即便我们坐上直升机,把自己吊离地面,如果没有外力,就只会一直吊在那里,不会移动。只有让螺旋桨向一个方向推动空气,反作用力才能够让直升机移动。乘坐热气球飞升,会漂移,是因为有风力,风力也是外力,借助操控,才可以向既定方向飞。

改变火车飞机惯性状态的外力就是它们的动力,只有通过动力这个外力,才能够改变自己相对地球的运动方向和速度。因此,飞机不但要形成与地球引力对抗的升力,还要通过外力才能改变自己的惯性方向和速度,才能相对地球某个坐标移动,到达目的地。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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