地球自轉自西向東,為什麼中國的飛機離開地面不能自動到美國?

2021-01-13 悟空科學

地球自轉速度再快都不會讓飛機不勞而獲:

美國本土的經度是西經70度到西經170度,我國的經度範圍大致處於73度到135度之間。坐地日行八萬裡,巡天遙看一千河,這句出自一代偉人筆下的詩詞,說的就是地球的自轉速度很快。地球自轉一周大約需要23小時56分鐘時間,而地球一周大約是40076公裡,我們粗略換算出地球自轉時赤道位置的平均速度超過了1600千米/小時。

當然,由於不同經緯度位置的自轉速度並不是一樣快,所以還需要從我國的緯度位置來計算具體的自轉速度,而這個數值大約是1500千米/小時的樣子。如果飛機從我國地面起飛並保持原地不動,拋開其他環境因素,那麼按道理只需要十來個小時,這架飛機就能自動抵達美國本土的上空,然而事實並非如此。

現實生活中,如果從我國某個城市飛往美國,一般直飛都至少需要12-14小時左右。但是,雖然時間差距不是很大,但卻並不是靜止不動就可以抵達的。所以,為什麼飛機離開地面之後並沒有因為地球自轉而向某個方向自動移動呢?

地球引力

與其說坐在樹下的牛頓被蘋果砸到了,不如說是從樹上掉下的蘋果和牛頓發生了撞擊,只不過質量更小的蘋果沒有對牛頓的形成大的衝擊力罷了,畢竟樹上到樹下的距離也很有限。只要是有質量屬性的物體,包括離開地面的飛機,都會因為質量而其他物體發生相互作用,而這個相互吸引力的力量就被稱為引力。

儘管在行星這個領域中,我們生活的地球並不算質量較大的星體,而整個太陽系99%的質量都集中在了太陽身上,但地球質量大約5.965*10^24千克的自身重量,如果將其和飛機的重量相比,那麼後者明顯不值一提。兩個物體的質量越懸殊,那就意味著質量更小的那一方會徹底淹沒在另一方的引力作用之中。

也就是說,當地球在進行高速自轉的時候,地球表面之上的所有具有質量的物體,其實都會隨著地球一起自轉,只是飛機相對地面是靜止的罷了,並不是真正意義上的原地踏步。準確來說,所有地表物體,不管在我們眼中這些東西有多龐大,包括我們人類自身,其實無一例外地都被地球的重量中心所吸引。

引力存在強弱之分

剛剛已經說了,之所以中國的飛機離開地面不能自動到美國本土,主要是因為地球引力作用,而引力這種作用力本身又廣泛的存在於任何宇宙空間,卻存在明顯的強弱差異。比如:為什麼衛星發射中心的溫度總是比較低的,其實本質上就是因為地球兩極位置的引力,要遠比赤道位置強得多。

潮汐現象算得上是地球上特別常見的一種現象,而這種現象的本質其實就是太陽和月球引力作用的結果。大家都知道,儘管天空中的太陽和月亮在視覺上並沒有太大的大小差異,但是,月球對地球的引力作用卻要比太陽更大,這是因為太陽距離地球的距離相當於「地月距離」的幾百倍,簡單點說,那就是潮汐現象更多是月球引力作用的結果。

為什麼月球會圍繞地球旋轉?本質上還是因為地球的質量達到了月球質量的八十多倍,當地球和月球這個系統圍繞兩者的公共質量重新旋轉的時候,旋轉的路逕自然就會更像地球這邊傾斜。當然,地球引力當然也是有辦法克服的,主要是通過速度來戰勝引力作用,比如,如果忽略空氣阻力的大小,那麼,人造天體只要達到每秒11.2千米的速度便能夠脫離地球引力的束縛。

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