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直升机悬停12小时后,下方地表会转到地球另一端吗?

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地球本身在自转,每24小时完成一圈自转。如果一架直升机竖直起飞,然后一直悬停在空中,经过12小时之后,直升机会到达地球的另一端吗?

显然这是不可能的。如果直升机悬停12小时就能到地球的另一端,环球飞行那就简单多了。事实上,无论直升机悬停多久,它始终相对于正下方的地面是静止的,并不会出现直升机不动,而它下方的地表转动过去的情况。

原因其实很简单,就是“惯性”。



地球确实在高速自转,在不同纬度的自转线速度不一样,越靠近赤道,线速度越快。在赤道,地球自转线速度可达每秒465米。而在纬度45度的地方,线速度约为每秒330米。到了南北极点,则线速度为0。

除了极点,无论在地表何处,那里的物体都会被地球带着一起自转,它们的速度都等同于当地地表自转线速度。被带着一起自转的物体不仅包括各种可见的东西,而且也包括肉眼看不见的空气。因为所有物体都在一起转动,它们都有一样的惯性,它们之间也就没有相对运动。



空气虽然悬浮在空中,但它们受到地心引力的作用,被紧紧束缚在地表周围,它们也会随着地球自转而一起转动,空气也是有惯性的。如果空气没有随着地球转动,由于地球自转带来的相对运动,地面就会刮起每秒数百米的极端暴风。要知道,作为最高标准的风速,17级风力的上限也只有每秒61.2米。

就算直升机能一直悬停在空中,但它一开始就有一个惯性,随着地球以一定的速度转动,它并没有抵消掉这种运动速度,所以悬停的直升机还会跟着地表、空气一起转动。正因为这种惯性的存在,悬停的直升机不可能会相对于地面发生横向移动,更不可能就这样飞到地球的另一侧。



这就像在生活中,车里面飞进去一只蚊子,如果把车开到高速上,开到时速100公里,蚊子也不会被甩到车的后面,而是在车里照常飞行。因为车里的空气、蚊子都会被汽车一起带着前进,都有惯性,它们之间并没有相对速度。



有人曾经做过这样一个有趣的实验,在密闭的卡车里悬停一架无人机,卡车从零开始加速,无人机会相对于卡车稍微往后移动一小段距离,然后悬浮在那里,保持与卡车相对静止的状态。

当卡车加速时,而无人机密度相对较大,一开始没有随着空气快速前进,所以它还悬停在原处,保持原有的状态,而卡车在加速,这样看起来无人机会向后移动一小段距离。等到卡车拖着里面的空气快速向前运动时,空气最终也会推着无人机向前一起运动,使其获得与卡车一样的速度,这样就会让无人机悬停在卡车中,不会再往后移动。



另一方面,如果车子是开放的状态,空气与外界是连通的,那么,空气就不会被车子一同带动起来,也就不会推着无人机向前运动,这样无人机就会悬停在原处,而车子则会向前进。



回到直升机与地球的例子,无论直升机悬停多久,它下方的地表都不会转动过去。除非地球突然停止了自转,那么,由于直升机本身还有继续转动的巨大惯性,它就会与地面发生相对运动,向前飞去。



当然,地球是不会停止自转的。因为太空是空荡荡的,地球的自转不会受到气体的摩擦作用。不过,由于月球潮汐力的作用,地球自转速度一直在变慢。地球在46亿年前刚诞生的时候,自转一圈只需4小时。而在数百亿年后,当地球与月球相互潮汐锁定时,地球的自转周期将会延长到47天。

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