地球一直在自转,飞机在万米高空悬停,12小时候能到地球另一端?
把飞机停12小时改成一个热气球或直升机的悬停,这题更不容易有歧义。但简单地说不会,原因则是因为惯性定律。
地球上的物体本都带有地球自转的惯性,否则在无风环境下,往天上升的氢气球,岂不转眼间就不见了,不可能近乎垂直的上升,它将迅速地被地球的自转抛到身后去。而这必将诱发惨案,因为地球自转的速度非常快,在赤道上有每小时1670公里呢,这事儿可不能开玩笑。
说到地球自转,要怎么才能简单的证明,地球真的在自转呢?
有个简单实验,“落体偏东”现象,就可以证明地球真的在自转。
落体偏东现象可证明地球在自转。
西方世界许多科学家早就猜想到了地球一定在自转,但因为教会思想的压制,这种思想被禁止传播,其中最出名的大概就是对伽利略的审判。
图示:1633年伽利略被宗教法庭宣判有罪并处终身软禁,裁决他所宣扬的一切都是异端邪说,其中就包括地球在自转和公转。
但这事儿终究遮掩不住,地球自转的证据其实很多。不同的物理学家提出了不同的证明地球在自转的方法,其中提出万有引力定律的牛顿提到了一种看似简单的证明地球在自转的方法,那就是自由落体法。为什么可以用自由落体法检验地球是否在自转呢,因为在角速度相当的情况下,高处的物体围绕地球自转的线速度更快。
想像一个旋转的圆盘,盘上的每一个点都在一分钟之内围绕圆心转了一圈,所以盘上每个点的角速度都相同,即每分钟转了360度角。但盘上离圆心远近距离不同的点,走过的圆周长则是不同的,而圆周长=2*Pi*半径,但所用时间都是一分钟。圆心的线速度为零,随着点越来越远离圆心,其线速度则越来越大。
在地球上也同样如此,只是把二维的圆转变为三维的球,把地球想像成许多许多圆堆积成的一个球即可。很容易得到结论,赤道上的线速度最大,因为赤道切出来的圆最大,赤道上的点离圆心最远。随着维度变大或变小,圆也越来越小,于是线速度也越来越小,到两极的极点,理论上这只是一个点,所以它的线速度为零。
排除极点这种特殊区域,在地球上大多数地方,当一个物体从高处自由下落时,假如不考虑或者可以排除空气阻力影响,那么重物的落地点都将偏离高点和地心的连线点(铅锤线),而是会往东偏斜一些,这被称为落点偏东现象。所偏离的距离完全可以通过线速度差计算出来。
图示:落体偏东是因为高点A处的线速度Va > 低点B处的线速度Vb,B点则是铅垂线指向地心的与地面的交点。即AB地心,三点一线。
当A处的物体自由下落时,它将保持在高点A处所得到的线速度继续围绕圆心运动,由于这个速度大于地面B处的线速度,所以当物体落到地面时,自然不会恰好落到B处,而会落到更偏东一点的位置,这是围绕地心旋转的速度有差别带来的结果,和地球自转的方向保持一致,从西向东转。
但要做这个实验,首先东西要足够重,可以忽略空气摩擦对线速度的影响。其次AB两点线速度差别越大,实验结果越容易验证。所以在赤道上做这个实验是最佳选择。经过计算,在赤道上做落体偏东实验,只需从35米高的地方下落到地面,物体就会向东偏离11.5毫米呢。
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